De onmisbare gids voor incrementele plaatvorming

Incrementele plaatvorming is ongetwijfeld de toekomst van de productie van kleine volumes. Hier is uw essentiële gids voor dit vitale velvormingsproces.

De productie is aan het veranderen. Sinds Ford in 1908 begon met het maken van de Model-T, het begin van de industrialisatie, is massaproductie de norm. Maar recentelijk is er een beweging geweest naar meer high-mix, low-volume productie en het verandert alles.

Plaatvorming was van vitaal belang voor de Model-T. Het werd gebruikt om de deuren, motorkap, vensterbanken en meer te maken. Plaatvorming is tot op de dag van vandaag een vitaal productieproces gebleven en wordt in de meeste sectoren gebruikt. Maar het is alleen echt kosteneffectief voor massaproductie.

Volgens het recente IndustryWeek-rapport The Future of Manufacturing: 2020 and Beyond beginnen fabrikanten af ​​te stappen van massaproductie. Ze maken nu meer op maat gemaakte en op bestelling gemaakte producten. Als gevolg van deze verandering beginnen traditionele plaatvormingsprocessen er steeds minder levensvatbaar uit te zien. De traditionele technieken zijn alleen rendabel wanneer fabrikanten grote partijen identieke onderdelen maken.

Incrementele velvorming is een antwoord op dit probleem. Het biedt een manier om plaatvorming van hoge kwaliteit te bereiken zonder de overheadkosten die gepaard gaan met de traditionele plaatvormingsprocessen.

Of je nu in de industrie werkt of onderzoeker bent, het is een goed moment om meer te leren over dit belangrijke materiaalvormingsproces. Incrementeel vormen is de toekomst.

Deze gids geeft u de essentiële inleiding tot incrementeel vormen. We behandelen wat plaatvormen is, hoe het traditioneel wordt bereikt, hoe incrementeel plaatvormen anders is en hoe u het zelf kunt gebruiken.

Wat is plaatvorming?

Plaatvorming is een categorie fabricageprocessen waarbij vellen materiaal (meestal metaal) worden vervormd met behulp van gecontroleerde krachten. Het basisprincipe achter plaatvorming is dat het proces het materiaal voorbij zijn plastische limiet dwingt, waardoor de vorm blijvend verandert.

De bepalende eigenschap van plaatvormen is dat het wordt toegepast op dun materiaal met een groot oppervlak. Het onderscheidt zich van vormvormen in bulk (bijv. smeden, extrusie, walsen) waarbij materialen met een klein oppervlak en een groot volume worden gebruikt.

De top 5 technieken voor het vormen van vellen

Plaatvormingstechnieken worden meestal bepaald door het type kracht dat wordt gebruikt om het materiaal te vervormen. Volgens de wereldwijde norm voor fabricageprocessen (DIN 8582) zijn er vijf categorieën van kracht die worden gebruikt bij het vormen van bulk en platen:

1. Samendrukkende krachten — bijv. walsen, extrusie, smeden. Merk op dat dit allemaal bulkvervormingstechnieken zijn.
2. Trekkrachten — bijv. rekvormen, strekken, expanderen.
3. Gecombineerde druk- en trekkrachten — bijv. dieptrekken, spinnen, strippen.
4. Buigende krachten – bijv. buigen.
5. Schuivende krachten — bijv. knippen, ponsen, stansen.

In het boek Principles of Metal Manufacturing Processes identificeerden Beddoes en Bibby vijf van de meest voorkomende plaatvormende technieken, die ik hieronder uiteenzet:

1. Buigen

Buigen is een van de meest elementaire plaatvormingsprocessen. Het gaat om het uitoefenen van een kracht op een plaatmateriaal om het onder een hoek te laten vervormen. Het wordt vaak bereikt met een matrijs die aan een hydraulische ram is bevestigd.

2. Scheren

Bij afschuiving wordt zoveel kracht op een dunne lijn van het materiaal uitgeoefend dat het materiaal hierdoor breekt. Een eenvoudig voorbeeld van dit proces is het gebruik van een schaar om een ​​vel materiaal te knippen.

3. Rekvormen

Strekvormen is een gespecialiseerd type buigen waarbij (zoals de naam al doet vermoeden) het plaatmateriaal over een matrijs wordt gestrekt. De plaat wordt aan de randen strak gehouden en de matrijs wordt er tegenaan geduwd, waardoor het materiaal vervormt tot de vorm van de matrijs.

4. Draaien

Spinnen is een specifiek type buigen waarbij een matrijs wordt gebruikt die aan een draaiende boorkop is bevestigd. De machine lijkt een beetje op een draaibank. Een rolgereedschap wordt vervolgens tegen het plaatmateriaal gedrukt en naar de klauwplaat bewogen om de plaat geleidelijk te vervormen.

5. Dieptrekken

Dieptrekken omvat het uitrekken van plaatmateriaal door een pons te gebruiken om de plaat langzaam in een matrijsholte te duwen. Dit vervormt het materiaal in de gewenste vorm en kan worden gebruikt om vrij complexe vormen te creëren. Volgens de Zwitserse matrijsproductiespecialist Autoform is dieptrekken een van de meest gebruikte processen bij het vormen van platen.

Incrementeel vormen is een alternatief voor dieptrekken en kan complexere vormen produceren dan elk van de andere vier processen.

Zie deze tutorial van het Indian Institute of Technology Guwahati voor een uitgebreide uitleg van de vergelijkingen voor alle traditionele processen.

Wat is incrementele plaatvorming?

Incrementeel plaatvormen is een matrijsloos plaatvormingsproces waarbij plaatmateriaal beetje bij beetje in progressieve lagen wordt vervormd. Kracht wordt uitgeoefend op het plaatmateriaal met behulp van een bol met één punt. Stapsgewijs vormen is een alternatief voor dieptrekken en kan worden gebruikt om vergelijkbare onderdelen te maken.

Het grote voordeel van incrementeel vormen is dat het zelfs voor kleine productieruns kosteneffectief kan zijn. Wijzigingen in het productontwerp kunnen zeer snel en eenvoudig worden aangebracht, met minimale kosten. Dit is onmogelijk voor dieptrekken, waarvoor een dure nieuwe matrijs moet worden vervaardigd wanneer een ontwerpwijziging wordt aangebracht.

Er zijn twee hoofdmethoden om incrementele vorming te bereiken:

1. Incrementeel vormen met een gemodificeerde CNC-machine

Een populaire methode van incrementeel vormen is het aanpassen van een CNC-machine om een ​​bol met één punt vast te houden. Dit gereedschap wordt vervolgens gebruikt om kracht uit te oefenen en de gewenste vorm op het plaatmateriaal te “tekenen”.

Het grootste nadeel van deze methode is dat het de grootte van het laatste stuk beperkt tot de bedgrootte van de CNC-machine. CNC-machines met groot bed zijn erg duur.

2. Gerobotiseerd incrementeel vormen

Door recente ontwikkelingen in de robotica kunnen robots worden gebruikt als een programmeerbaar hulpmiddel voor incrementeel vormen. Robotische incrementele vorming omvat het toevoegen van een bol met één punt als eindeffector aan de robot. De robot wordt vervolgens geprogrammeerd om de gewenste vorm in het materiaal te “tekenen”.

Dit is een veelbelovende methode met veel voordelen. Het is flexibeler dan de CNC-machinemethode, kosteneffectiever voor grote onderdelen en gemakkelijk te realiseren wanneer de juiste gereedschappen worden gebruikt. Omdat de werkruimte van een robot veel groter is dan die van een CNC-machine, is het mogelijk om met deze methode grote onderdelen te maken. Dit maakt gerobotiseerd incrementeel vormen een zeer aantrekkelijk voorstel.