Estudio numérico de estrategias de SPIF para el rebordeado de agujero de chapas de aluminio 7075-O

Abstract

Con el auge de las nuevas tecnologías nuevos métodos de fabricación se han creado y su potencial está siendo estudiado con el objetivo de introducirlos en la industria, esto ocurre con el proceso de conformado incremental mono-punto, SPIF. En este documento se estudia el rebordeado de agujero en chapas de aluminio mediante SPIF, ya sea en una o varias etapas, repasando los documentos más notorios en este ámbito y se exponen las ventajas e inconvenientes de producir piezas mediante este método, así como las herramientas apropiadas para analizar el estado y validez de las piezas fabricadas. EL estudio numérico se ha realizado con el software de elementos finitos Abaqus/CAE® 2017, tomando como especímenes diferentes piezas fabricadas por SPIF en trabajo anteriores. Los procesos originales de fabricación de estas piezas han sido simulados, analizados y validados. Todos los modelos se han generado mediante scripts en Python haciendo uso de herramientas que proporciona Abaqus Scripting. Esta metodología ha permitido automatizar la ejecución de los modelos y su análisis, así como reducir el tiempo de desarrollo. En base a los primeros resultados obtenidos, se ha propuesto la fabricación de una forma cónica como la primera etapa para el rebordeado de agujero mediante SPIF. El estudio analiza la influencia del ángulo del cono y del radio del punzón en la conformabilidad de la chapa. Posteriormente se propone y analizan dos estrategias diferentes para el comienzo de la segunda etapa del proceso. Los resultados obtenidos proporcionan información muy valiosa para futuros trabajos sobre la optimización de procesos de SPIF multi-etapa.

Due to the new technologies rise, novel fabrication methods have been created and the potential within them is being tested with the final goal of obtaining industrial profitability, which is happening with SPIF, single point incremental forming. In the following document, the hole-flanging process by single-stage and multi-stage SPIF on aluminium sheets is studied. Notorious papers on this field are reviewed and the advantages and disadvantages of manufacturing parts using this method are exposed as well as the proper tools to analyse the quality and validate the manufactured parts. The numeric study has been carried out with the finite elements software Abaqus/CAE® 2017, taking as specimens different parts from previous works. The original fabrication processes for this parts have been simulated, analysed and validated. Every FEM has been generated via Python scripts, making use of the tool offered by Abaqus Scripting. This methodology helps on the automation of the models execution and analysis as well as reducing the model developing time. Taking the results of the previous study as reference, a conic geometry is proposed as a first stage for a hole-flanging multi-stage operation by SPIF. The study analyses the influence of the conic flange inclination and the tool radius on the sheet formability. Subsequently two different strategies for the beginning of the second stage are proposed and analysed. The obtained results offer very valuable information for future research about the optimization of the SPIF multi-stage processes.