Современное состояние теории и технологии инкрементального формообразования


Цитировать

Полный текст

Аннотация

Дана оценка современного состояния и тенденций развития теории и технологии процесса инкрементального формообразования – перспективного технологического процесса для быстрого прототипирования деталей из листовых заготовок. Описаны основы процесса и оборудование для его реализации, механизм деформации при инкрементальном формообразовании. Описано разработанное решение для экспорта траектории движения деформирующего инструмента из CAM в CAE систему.

Об авторах

Ф. В. Гречников

Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва; Самарский федеральный исследовательский центр Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: gretch@ssau.ru
ORCID iD: 0000-0002-3767-4004

академик РАН, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой обработки металлов давлением; научный руководитель

Россия

С. В. Сурудин

Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва;
Самарский федеральный исследовательский центр Российской академии наук

Email: innosam63@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-4944-0544

кандидат технических наук, старший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории пластического деформирования специальных материалов; старший научный сотрудник

Россия

Я. А. Ерисов

Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва;
Самарский федеральный исследовательский центр Российской академии наук

Email: yaroslav.erisov@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-9750-8211

доктор технических наук, профессор кафедры обработки металлов давлением; старший научный сотрудник

Россия

Р. Де Алваренга

Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва

Email: roberto@grupoatua.com.br
ORCID iD: 0000-0003-0693-769X

научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории пластического деформирования специальных материалов

Россия

Список литературы

  1. Кривошеин В.А., Анцифиров А.А., Майстров Ю.В. Перспективы использования технологий инкрементальной формовки в современном производстве // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2014. № 11 (656). С. 84-89.
  2. Ziran X., Gao L., Hussain G., Cui Z. The performance of flat end and hemispherical end tools in single-point incremental forming // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2010. V. 46, Iss. 9-12. P. 1113-1118. doi: 10.1007/s00170-009-2179-4
  3. Verbert J. Computer aided process planning for rapid prototyping with incremental sheet forming techniques. PhD Thesis. Katholieke Universiteit Leuven, 2010.
  4. Jeswiet J., Adams D., Doolan M., McAnulty T., Gupta P. Single point and asymmetric incremental forming // Advances in Manufacturing. 2015. V. 3, Iss. 4. P. 253-262. doi: 10.1007/s40436-015-0126-1
  5. Callebaut B., Duflou J., Verbert J. Asymmetric incremental sheet forming system. US Patent US20090158805A1, 2011. (Publ. 26.07.2011)
  6. Юдин Л.Г., Яковлев С.П. Ротационная вытяжка цилиндрических оболочек. М.: Машиностроение, 1984. 128 с.
  7. Behera A.K., de Sousa R.A., Ingarao G., Oleksik V. Single point incremental forming: An assessment of the progress and technology trends from 2005 to 2015 // Journal of Manufacturing Processes. 2017. V. 27. P. 37-62. doi: 10.1016/j.jmapro.2017.03.014
  8. Marabuto S.R., Afonso D., Ferreira J.A.F., Melo F.Q., Martins M., de Sousa R.J. Finding the best machine for SPIF operations. A brief discussion // Key Engineering Materials. 2011. V. 473. P. 861-868. doi: 10.4028/ href='www.scientific.net/KEM.473.861' target='_blank'>www.scientific.net/KEM.473.861
  9. Allwood J.M., Braun D., Music O. The effect of partially cut-out blanks on geometric accuracy in incremental sheet forming // Journal of Materials Processing Technology. 2010. V. 210, Iss. 11. P. 1501-1510. doi: 10.1016/j.jmatprotec.2010.04.008
  10. Tisza M., Paniti I., Kovács P.Z. Experimental and numerical study of a milling machine-based dieless incremental sheet forming // Journal of Material Forming. 2010. V. 3, Iss. 1. P. 971-974. doi: 10.1007/s12289-010-0931-9
  11. Verbert J., Aerens R., Vanhove H., Aertbeliën E., Duflou J.R. Obtainable accuracies and compensation strategies for robot supported SPIF // Key Engineering Materials. 2009. V. 410-411. P. 679-687. doi: 10.4028/ href='www.scientific.net/KEM.410-411.679' target='_blank'>www.scientific.net/KEM.410-411.679
  12. Portman V.T. Stiffness evaluation of machines and robots: minimum collinear stiffness value approach // Journal of Mechanisms and Robotics. 2011. V. 3, Iss. 1. doi: 10.1115/1.4003444
  13. Schafer T., Schraft R.D. Incremental sheet metal forming by industrial robots // Rapid Prototyping Journal. 2005. V. 11, Iss. 5. P. 278-286. doi: 10.1108/13552540510623585
  14. Duflou J.R., Callebaut B., Verbert J., De Baerdemaeker H. Laser assisted incremental forming: Formability and accuracy improvement // CIRP Annals - Manufacturing Technology. 2007. V. 56, Iss. 1. P. 273-276. doi: 10.1016/j.cirp.2007.05.063
  15. Meier H., Dewald O., Zhang J. A new robot-based sheet metal forming process // Advanced Materials Research. 2005. V. 6-8. P. 465-470. doi: 10.4028/0-87849-972-5.465
  16. Lamminen L. Incremental sheet forming with an industrial robot – forming limits and their effect on component design // Advanced Materials Research. 2005. V. 6-8. P. 457-464. doi: 10.4028/0-87849-972-5.457
  17. Callegari M., Amodio D., Ceretti E., Giardini C. Sheet incremental forming: advantages of robotized cells vs. CNC machines // Industrial Robotics: Programming, Simulation and Applications. 2007. P. 493-514.
  18. Jeswiet J., Micari F., Hirt G., Bramley A., Duflou J., Allwood J. Asymmetric single point incremental forming of sheet metal // CIRP Annals – Manufacturing Technology. 2005. V. 54, Iss. 2. P. 88-114. doi: 10.1016/s0007-8506(07)60021-3
  19. Emmens W.C., Sebastiani G., van den Boogaard A.H. The technology of Incremental Sheet Forming – a brief review of the history // Journal of Materials Processing Technology. 2010. V. 210, Iss. 8. P. 981-997. doi: 10.1016/j.jmatprotec.2010.02.014
  20. Matsubara S. Method and device for forming metal plate. Japanese Patent JPH07132329A, 2002. (Publ. 17.06.2002)
  21. Gutierrez P.R., Rastrero M., Onandia E. Maschine zum formen von blech und formverfahren. EU Patent EP1977842A1, 2008. (Publ. 08.10.2008)
  22. Johnson C.F., Vijitha S.K., Feng R., Zhiyong C.X. System and method for incrementally forming a workpiece. US Patent US8322176B2, 2012. (Publ. 04.12.2012)
  23. Cao J., Xia Z.C., Gutowski T.G., Roth J. A hybrid forming system: Electrical-assisted double side incremental forming (EADSIF) process for enhanced formability and geometrical flexibility. Technical Report no. DE-EE0003460. Northwestern University, 2012.
  24. Allwood J., Houghton N., Jackson K. The design of an incremental sheet forming machine // Advanced Materials Research. 2005. V. 6-8. P. 471-478. doi: 10.4028/0-87849-972-5.471
  25. Okada N., Ro G., Suzuki Y. Method and apparatus for incremental forming. US Patent US20040187545A1, 2005. (Publ. 06.12.2005)
  26. Shima A., Yoshikawa T., Nakamura K., Sudo Y., Suzuki Sh. Formation of successively expanding metallic plate and apparatus therefor. 1997. Japanese Patent JP09-085355.
  27. Wang Y., Huang Y., Cao J., Reddy N.V. Experimental study on a new method of double side incremental forming // Proceedings of the ASME International Manufacturing Science and Engineering Conference (October, 7-10, 2008, Evanston, USA). 2009. V. 1. Р. 601-607. doi: 10.1115/MSEC_ICMP2008-72279
  28. Shim M.-S., Park J.-J. The formability of aluminum sheet in incremental forming // Journal of Materials Processing Technology. 2001. V. 113, Iss. 1-3. Р. 654-658. doi: 10.1016/S0924-0136(01)00679-3
  29. Park J.-J., Kim Y.-H. Fundamental studies on the incremental sheet metal forming technique // Journal of Materials Processing Technology. 2003. V. 140, Iss. 1-3. Р. 447-453. doi: 10.1016/S0924-0136(03)00768-4
  30. Томленов А.М. Теория пластического деформирования металлов. М.: Металлургия, 1972. 408 с.
  31. Колмогоров В.Л., Богатов А.А., Мигачев Б.А., Зудов Е.Г., Фрейдензон Ю.Е., Фрейдензон М.Е. Пластичность и разрушение. М.: Металлургия, 1977. 336 с.
  32. Filice L., Fratini L., Micari F. Analysis of material formability in incremental forming // CIRP Annals - Manufacturing Technology. 2002. V. 51, Iss. 1. Р. 199-202. doi: 10.1016/S0007-8506(07)61499-1
  33. Jackson K., Allwood J. The mechanics of incremental sheet forming // Journal of Materials Processing Technology. 2009. V. 209, Iss. 3. Р. 1158-1174. doi: 10.1016/j.jmatprotec.2008.03.025
  34. Malhotra R., Xue L., Belytschko T., Cao J. Mechanics of fracture in single point incremental forming // Journal of Materials Processing Technology. 2012. V. 212, Iss. 7. P. 1573-1590. doi: 10.1016/j.jmatprotec.2012.02.021
  35. Young D., Jeswiet J. Wall thickness variations in single-point incremental forming // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture. 2004. V. 218, Iss. 11. P. 1453-1459. doi: 10.1243/0954405042418400
  36. Kim T.J., Yang D.Y. Improvement of formability for the incremental sheet metal forming process // International Journal of Mechanical Sciences. 2000. V. 42, Iss. 7. P. 1271-1286. doi: 10.1016/S0020-7403(99)00047-8
  37. Emmens W.C., van den Boogaard A.H. An overview of stabilizing deformation mechanisms in incremental sheet forming // Journal of Materials Processing Technology. 2009. V. 209, Iss. 8. P. 3688-3695. doi: 10.1016/j.jmatprotec.2008.10.003
  38. Eyckens P., Belkassem B., Henrard C., Gu J., Sol H., Habraken A.M., Duflou J.R., van Bael A., van Houtte P. Strain evolution in the single point incremental forming process: digital image correlation measurement and finite element prediction // International Journal of Material Forming. 2011. V. 4, Iss. 1. P. 55-71. doi: 10.1007/s12289-010-0995-6
  39. Eyckens P., Van Bael A., Van Houtte P. An extended Marciniak–Kuczynski model for anisotropic sheet subjected to monotonic strain paths with through-thickness shear // International Journal of Plasticity. 2011. V. 27, Iss. 10. Р. 1577-1597. doi: 10.1016/j.ijplas.2011.03.008
  40. Eyckens P., He S., Van Bael A., Van Houtte P., Duflou J. Forming limit predictions for the serrated strain paths in single point incremental sheet forming // AIP Conference Proceedings. 2007. V. 908. P. 141-146. doi: 10.1063/1.2740802
  41. Eyckens P., Moreau J.D.-I., Duflou J.R., Van Bael A., Van Houtte P. MK modelling of sheet formability in the incremental sheet forming process, taking into account through-thickness shear // International Journal of Material Forming. 2009. V. 2, Iss. 1. Р. 379-382. doi: 10.1007/s12289-009-0458-0
  42. Eyckens P., Van Bael A., Aerens R., Duflou J., Van Houtte P. Small-scale finite element modelling of the plastic deformation zone in the incremental forming process // International Journal of Material Forming. 2008. V. 1. Р. 1159-1162. doi: 10.1007/s12289-008-0186-x
  43. Allwood J.M., Shouler D.R. Generalised forming limit diagrams showing increased forming limits with non-planar stress states // International Journal of Plasticity. 2009. V. 25, Iss. 7. Р. 1207-1230. doi: 10.1016/j.ijplas.2008.11.001
  44. Emmens W.C., van den Boogaard A.H. Incremental forming by continuous bending under tension – An experimental investigation // Journal of Materials Processing Technology. 2009. V. 209, Iss. 14. Р. 5456-5463. doi: 10.1016/j.jmatprotec.2009.04.023
  45. Silva M.B., Skjoedt M., Martins P.A.F., Bay N. Revisiting the fundamentals of single point incremental forming by means of membrane analysis // International Journal of Machine Tools and Manufacture. 2008. V. 48, Iss. 1. Р. 73-83. doi: 10.1016/j.ijmachtools.2007.07.004
  46. Martins P.A.F., Bay N., Skjoedt M., Silva M.B. Theory of single point incremental forming // CIRP Annals – Manufacturing Technology. 2008. V. 57, Iss. 1. Р. 247-252. doi: 10.1016/j.cirp.2008.03.047
  47. Eyckens P. Formability in incremental sheet forming: generalization of the marciniak-kuczynski model. PhD Thesis. Katholieke Universiteit Leuven, 2010.
  48. Hussain G., Gao L., Hayat N., Ziran Xu. A new formability indicator in single point incremental forming // Journal of Materials Processing Technology. 2009. V. 209, Iss. 9. P. 4237-4242. doi: 10.1016/j.jmatprotec.2008.11.024
  49. Jeswiet J., Young D. Forming limit diagrams for single-point incremental forming of aluminium sheet // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture. 2005. V. 219, Iss. 4. Р. 359-364. doi: 10.1243/095440505X32210
  50. Hussain G., Gao L., Hayat N., Qijian L. The effect of variation in the curvature of part on the formability in incremental forming: An experimental investigation // International Journal of Machine Tools and Manufacture. 2007. V. 47, Iss. 14. Р. 2177-2181. doi: 10.1016/j.ijmachtools.2007.05.001
  51. Behera A.K. Shape feature taxonomy development for toolpath optimisation in incremental sheet forming. PhD Thesis. Katholieke Universiteit Leuven, 2013.
  52. Filice L., Ambrogio G., Micari F. On-line control of single point incremental forming operations through punch force monitoring // CIRP Annals – Manufacturing Technology. 2006. V. 55, Iss. 1. Р. 245-248. doi: 10.1016/S0007-8506(07)60408-9
  53. Aerens R., Eyckens P., Van Bael A., Duflou J. Force prediction for single point incremental forming deduced from experimental and FEM observations // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2010. V. 46, Iss. 9-12. Р. 969-982. doi: 10.1007/s00170-009-2160-2
  54. Szekeres A., Ham M., Jeswiet J. Force measurement in pyramid shaped parts with a spindle mounted force sensor // Key Engineering Materials. 2007. V. 344. Р. 551-558. doi: 10.4028/0-87849-437-5.551
  55. Emmens W.C., Van den Boogaard A.H. Strain in shear, and material behaviour in incremental forming // Key Engineering Materials. 2007. V. 344. Р. 519-526. doi: 10.4028/0-87849-437-5.519
  56. Centeno G., Bagudanch I., Martínez-Donaire A.J., Garcia-Romeu M.L., Vallellano C. Critical analysis of necking and fracture limit strains and forming forces in single-point incremental forming // Materials and Design. 2014. V. 63. Р. 20-29. doi: 10.1016/j.matdes.2014.05.066
  57. Lu B., Fang Y., Xu D.K., Chen J., Ai S., Long H., Ou H., Cao J. Investigation of material deformation mechanism in double side incremental sheet forming // International Journal of Machine Tools and Manufacture. 2015. V. 93. Р. 37-48. doi: 10.1016/j.ijmachtools.2015.03.007
  58. Gatea S., Lu B., Ou H., McCartney G. Numerical simulation and experimental investigation of ductile fracture in SPIF using modified GTN model // MATEC Web of Conferences. 2015. V. 21. doi: 10.1051/matecconf/20152104013
  59. Silva M.B., Nielsen P.S., Bay N., Martins P.A.F. Failure mechanisms in single-point incremental forming of metals // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2011. V. 56, Iss. 9-12. Р. 893-903. doi: 10.1007/s00170-011-3254-1
  60. Fu Z., Mo J., Chen L., Chen W. Using genetic algorithm-back propagation neural network prediction and finite-element model simulation to optimize the process of multiple-step incremental air-bending forming of sheet metal // Materials and Design. 2010. V. 31, Iss. 1. Р. 267-277. doi: 10.1016/j.matdes.2009.06.019
  61. Yamashita M., Gotoh M., Atsumi S.-Y. Numerical simulation of incremental forming of sheet metal // Journal of Materials Processing Technology. 2008. V. 199, Iss. 1-3. Р. 163-172. doi: 10.1016/j.jmatprotec.2007.07.037
  62. Ambrogio G., Costantino I., De Napoli L., Filice L., Fratini L., Muzzupappa M. Influence of some relevant process parameters on the dimensional accuracy in incremental forming: a numerical and experimental investigation // Journal of Materials Processing Technology. 2004. V. 153-154, Iss. 1-3. P. 501-507. doi: 10.1016/j.jmatprotec.2004.04.139
  63. Bambach M., Hirt G., Ames J. Quantitative validation of FEM simulations for incremental sheet forming using optical deformation measurement // Advanced Materials Research. 2005. V. 6-8. Р. 509-516. doi: 10.4028/0-87849-972-5.509
  64. Henrard C., Habraken A.M., Szekeres A., Duflou J.R., He S., Van Bael A., Van Houtte P. Comparison of FEM simulations for the incremental forming process // Advanced Materials Research. 2005. V. 6-8. Р. 533-540. doi: 10.4028/0-87849-972-5.533
  65. Hirt G., Ames J., Bambach M. Validation of FEA for asymmetric incremental sheet forming by on-line measurements of deformation and tool forces // Production Engineering. 2006. V. 13, Iss. 1. Р. 39-44.
  66. Zettler J., Rezai H., Taleb-Araghi B., Bambach M., Hirt G. Incremental sheet forming – process simulation with LS-DYNA // 6th German LS-DYNA forum (October, 11-12, 2007, Frankenthal, Germany).
  67. Yeshiwas Z., Krishnaiah A. Extraction of coordinate points for the numerical simulation of single point incremental forming using Microsoft Excel // International Conference on Emerging Trends in Engineering (ICETE) (March, 22-23, 2019, India). 2020. V. 2. doi: 10.1007/978-3-030-24314-2_69
  68. Xu G.-L., Jarosz A., Saavedra-Rosas J. Extending dynamic mining subsidence models // Proceedings of International Academic Forum in China (June, 18-19, 2011, Jiaozuo, China). P. 5-10.
  69. Конов Н. Программирование промышленных роботов в SprutCAM // САПР и графика. 2016. № 5 (235). С. 18-21.
  70. Де Алваренга Р., Гречников Ф.В., Ерисов Я.А., Сурудин С.В., Петров И.Н. Программа для экспорта траектории движения деформирующего инструмента из CAM в CAE систему: свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2020663935, опубл. 05.11.2020.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение, 2021

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах