Numerical and experimental investigation of incremental sheet forming

Abstract

Prototip imalat, düşük miktardaki üretimin mümkün olduğunca az maliyette olmasını gerektirmektedir. Bu nedenle, seri üretimde kullanılan üretim yöntemleri prototip imalata uygulanamaz.Artımlı sac şekillendirme (ASŞ) işlemi, sac metale tek bir küresel uçlu takım ile tek noktaya ya da çeşitli takımlarla birden fazla noktaya baskı uygulayarak ve bu baskı nokta veya noktalarının zaman içinde yerlerinin değiştirilmesiyle şekil verilmesi işlemi olarak tanımlanabilir. İşlem, CNC dik işleme tezgahında gerçekleştirilebilir. ASŞ işleminde plastik deformasyon şekillendirme ucunun civarında meydana gelir.Çoğunlukla tam bir kalıp setinin kullanıldığı geleneksel sac metal şekillendirme işlemlerinin aksine, ASŞ'de ya kalıp kullanılmasına gerek yoktur ya da kısmi kalıpların veya destek kalıplarının kullanılması işlem için yeterli olmaktadır. ASŞ işlemi seri üretimde derin çekme ya da presleme ile karşılaştırıldığında zaman alan bir işlem olmasına rağmen yeni bir parçanın yeni bir kalıp seti tasarlanması yerine tercih edilebilir.Bu tezin amacı, ASŞ ile üretilen parçada (parçanın bilgisayar destekli çiziminden – CAD elde edilen özgül takım yolu ile) geometriyi, toleransları ve genleme geçmişini sayısal benzetimler yoluyla tahmin etmektir. Daha sonra genleme geçmişi, ASŞ işleminden sonra elde edilen parçanın mekanik özelliklerinin tespitinde kullanılabilir. Sayısal benzetim sonuçları, gerçek ürün elde etmek için aynı takım yolunun programlandığı bir dik işleme CNC fereze makinasında bir dizi deney sonuçları ile karşılaştırılarak doğrulanmıştır. Bu çalışmada amaçlanan, ürünü imal etmeden önce farklı şekillendirme yollarının çıktılarını çözümleyecek ve karşılaştıracak bir sayısal benzetim aracı geliştirmektir – bu yolla elde edilecek olan stratejiler daha sonra imalatta kullanılabilecektir.

Prototype manufacturing necessitates the production in low quantities with as low cost as possible. It is for this reason, the production techniques utilized in mass production cannot be applied to prototype manufacturing.Incremental sheet forming (ISF) process can be defined as forming the sheet metal by pressing a spherical-tip tool on a single point, or several such tools on multiple points and by changing the location of the point of the load. The process can be performed in a CNC vertical milling machine. In ISF, the plastic deformation occurs in the vicinity of the forming tool(s). Unlike conventional sheet metal forming processes, where a full set of dies are to be used mostly, in ISF, either there is no need for utilization of dies, or use of partial dies or supports are employed in process. The objective of this thesis is to predict the geometry, tolerances and strain history of a part that is manufactured with ISF (with a specific tool path obtained from the CAD of the product) through numerical simulations. The strain history may then be used to predict the mechanical properties after the process. The results of the numerical simulations are verified through the comparison of the results with the measurements of those in a set of designed experiments where the same tool path is programmed to a CNC vertical milling machine to obtain the actual product. The aim of this study is to obtain a numerical simulation tool to evaluate and compare the outcomes of different forming strategies without manufacturing the product–a selected set of strategies may then be manufactured after the simulations.