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http://hdl.handle.net/10773/21534
Title: | Industrial applicability of single point incremental forming : functional and energetic approach |
Other Titles: | Aplicabilidade industrial de estampagem incremental: análise funcional e energética |
Author: | Afonso, Daniel Gil |
Advisor: | Sousa, Ricardo Alves de Torcaro, Ricardo |
Keywords: | Ferramentas - Design Estampagem (Metais) Chapas metálicas |
Defense Date: | 2017 |
Publisher: | Universidade de Aveiro |
Abstract: | Incremental sheet forming processes like single point incremental forming
have been majorly studied since the beginning of the 2000's. Besides the
applications in the prototyping eld, ISF processes can also be used to the
manufacture of unique parts and small batches. This possibility has a great
potential for speed up new product development and to make products in
smaller series economically viable. Also, this capability leads to a new business
possibilities, enable the development of exclusive or custom products.
However, mainly due to its novelty, SPIF industrial operation is still very
apprehensive with just a few examples of application.
The main purpose of the present work is to create tools that can be used for
the SPIF process management and present examples of usage in di erent
industrial elds.
The SPIF process is studied using the SPIF-A machine design and built
at the Department of Mechanical Engineering at the University of Aveiro.
Despite being a free form manufacture process, SPIF has some geometric
limitations, manly due to the forming mechanics and formability limit of
the materials. The possible part con gurations and the design orientation
are settled, allowing a suitable part development. The hardware to perform
incremental forming operations is outlined and the forming process is described,
presenting alternative solutions both based on experimental work
and state of the art review.
A group of parts are developed and manufactured using SPIF as examples
of industrial application. Parts are developed and evaluated to meet design
and development requirements.
New applications using SPIF as a rapid tooling process, typically exclusive
form additive manufacturing technologies, are developed. The parity between
SPIF and AM processes encounter industrial applications not only in
prototyping or part manufacturing but also in tool development and fabrication.
This novelty allows to decrease the time to market, decrease tooling
cost and increase tooling complexity and consequential part design freedom
in sheet metal moulds. The concept is developed and proof for a variety of
thermoplastic and composite materials processing technologies. Os processos de estampagem incremental de chapa, como a estampagem incremental por ponto unico, t^em sido estudados em profundidade desde o in cio dos anos 2000. Para al em da aplica c~ao no desenvolvimento de prot otipos, os processo de estampagem incremental apresentam potencial de aplica c~ao no fabrico de produto unicos ou pequenos lotes. Esta possibilidade oferece vantagens ao permitir acelerar o processo de design e desenvolvimento de produto e ao tornar economicamente vi avel a produ c~ao de pequenas s eries. Para al em disso, esta possibilidade permite a cria c~ao de novas tipologias de neg ocio, possibilitando o desenvolvimento e fabrico de produtos exclusivos ou customizados. No entanto, principalmente devido a novidade do processo, a estampagem incremental ainda n~ao tem muitos exemplos de aplica c~ao em empresas. O principal objetivo do trabalho apresentado e desenvolver ferramentas que possam ser utilizadas para a industrializa c~ao do processo de estampagem incremental por ponto unico e apresentar exemplos de aplica c~oes em diferentes areas industriais. A m aquina SPIF-A desenvolvida no Departamento de Engenharia Mec^anica da Universidade de Aveiro e utilizada para o estudo do processo de estampagem incremental. Apesar do potencial do processo de estampagem para fabricar superf cies de forma livre, existem algumas limita c~oes. Estas devem-se maioritariamente ao comportamento do material e ao processo e par^ametros de estampagem. S~ao de nidas linhas orientadoras para o design de pe cas, bem como as poss veis con gura c~oes, de forma a possibilitar o desenvolvimento de pe cas fact veis. O equipamento necess ario para a realiza c~ao de trabalhos de estampagem incremental e os par^ametros de trabalho s~ao estudados com recurso a an alise de estado da arte e a trabalho experimental. Como exemplo de aplica c~ao industrial da estampagem incremental, s~ao desenvolvidas e fabricadas pe cas. Os produtos s~ao desenvolvidos e avaliados de forma a garantir o cumprimento dos requisitos de nidos. S~ao propostas novas aplica c~oes para a utiliza c~ao de estampagem incremental para o fabrico r apido de ferramentas, tipicamente exclusivo do processos de fabrico aditivo. A analogia entre a estampagem incremental e o fabrico aditivo permite encontrar aplica c~oes industriais para al em da prototipagem, com grande potencial para o desenvolvimento e fabrico de ferramentas. Esta novidade contribui para a redu c~ao do tempo de comercializa c~ao, reduzindo custos e permitindo uma maior exibilidade do desenho de um produto. O conceito de fabrico de moldes em chapa para diversos materiais termopl asticos e comp ositos e desenvolvido e analisado. Les processus de formage incr emental de t^ole, come formage incr emental un point, sont etudi es en profondeur d es le d ebut des ann ees 2000. Les processus ont son application dans le d eveloppement des prototypes et pr esentent aussi du vrai potentiel dans la fabrication des produits uniques et dans des petits lots. Cette possibilit e o re des avantages parce que permit d'acc el erer le processus de design et d eveloppement de produit et de faire le projet des petites s eries economiquement viables. En plus, formage incr emental possibilit e la cr eation des nouvelles typologies de a aires a cause de ca contribution dans la fabrication des produits personnalis es et exclusives. Malgr e ca et comme celui est un processus tr es r ecent, pour l'instant, le formage incr emental n'a pas beaucoup de utilisation industrielle. L'objectif principal du travail pr esent e est de d evelopper des moyens que peut ^etre utilis es pour auxili e l'industrialisation do processus de formage incr emental un point et pr esenter des exemples pour des distinctes applications industrielles. La machine SPIF-A d evelopp e dans le D epartement de Ing enierie M ecanique de l'Universit e d'Aveiro est utilis ee pour l' etude du processus de formage incr emental. Nonobstant le potentiel du processus de formage incr emental pour fabriquer des surfaces de forme libre il y a quelques limitations g eom etriques. C a d epend du comportement du mat eriel et les param etres de travail. Les con gurations g eom etriques possibles et les lignes directrices de conception sont d e nies de fa con a possibilit e le dessein des pi eces faisables. L'Equipment n ecessaire pour la r ealisation des travaux de formage incr ementa et les param etres de travail sont etudi es en utilisant l'analyse de l' etat de l'art et des travaux exp erimentaux. Comme exemple des applications industrielles du formage incr emental, sont d evelopp ees et fabriqu es des pi eces. Les produits sont d evelopp es et avalis es de fa con a assurer qu'il respecte les exigences d e nis. |
Description: | Doutoramento em Engenharia Mecânica |
URI: | http://hdl.handle.net/10773/21534 |
Appears in Collections: | UA - Teses de doutoramento DEM - Teses de doutoramento |
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