Analysis of single stage SPIF process applied to the hole flanging operation.

Abstract

Tradicionalmente, las operaciones de rebordeado se llevan a cabo en la industria mediante técnicas de prensado convencionales utilizando punzón y troquel. Sin embargo, investigaciones recientes en conformado incremental (ISF) han señalado ventajas significativas de esta operación con respecto a los procesos convencionales. Entre otras son, la flexibilidad, la relación coste-efectividad y una importante mejora aparente en la confomabilidad del material. En este sentido, la presente tesis doctoral ofrece un análisis crítico de la operación de rebordeado de agujero cilíndrico mediante el conformado incremental mono punto (SPIF), realizada en una etapa, desde el punto de vista de la conformabilidad del material y las capacidades geométricas del proceso. Para comprender y cuantificar las ventajas de las operaciones de SPIF de una sola etapa, se llevó a cabo una campaña experimental de rebordeado de orificios cilíndricos mediante conformado incremental y convencional. Esto se realizó sobre una lámina de aleación de aluminio 7075-O. Se proporciona un estudio detallado de la evolución de las deformaciones en el flanco. Éstos se midieron utilizando métodos avanzados de videogrametría y fotogrametría. Los mecanismos y modos de fallo de la lámina y la caracterización de la capacidad de rebordeado en ambas operaciones se analizan usando el diagrama límite de conformado (FLD). El efecto de flexión inducido por la herramienta en SPIF y el radio de esquina en el caso convencional ha sido claramente dilucidado, junto con la geometría del flanco y las fuerzas de conformado involucradas. Finalmente, la comparación llevada a cabo permite extraer las ventajas y limitaciones tecnológicas en el proceso de rebordeado de orificios mediante SPIF de una sola etapa, y descubrir futuras líneas de investigación para mejorar su aplicación práctica.

Traditionally, flanging operations are performed in industry by conventional press working techniques using a punch and die. However, recent investigations in incremental sheet forming (ISF) have highlighted the significant advantages of this operation with respect to conventional processes. These advantages include flexibility, cost-effectiveness and a significant apparent enhancement in the formability of a material. This PhD thesis offers a critical analysis of the hole flanging operation by Single Point Incremental Forming (SPIF), which is performed in one stage, from the point of view of material formability and the geometrical capabilities of the process. To understand and quantify the advantages of a single-stage SPIF operation, experimental campaign of hole flanging tests by both incremental forming and conventional forming was performed on an aluminium alloy 7075-O sheet. A detailed study of the evolution of the strains in the flange is provided. These strains were measured using advanced videogrammetric and hotogrammetric methods. The mechanisms and modes of failure of the sheet and characterization of the flangeability in both operations were analysed using a forming limit diagram (FLD). The effect of bending induced by the tool in SPIF and the punch edge radius in conventional forming was clearly elucidated with the flange geometry and the forming forces. The comparison performed in this study enables the identification of the technological advantages and limitations in the hole flanging process by singlestage SPIF and the future research lines for improving its practical application.