Conformado incremental monopunto en lámina polimérica modelado por elementos finitos

Abstract

El conformado incremental de chapa (Incremental Sheet Forming, ISF) es un proceso de fabricación flexible que permite conformar láminas mediante una herramienta controlada por CNC, reduciendo costes de utillaje en series pequeñas. Entre sus variantes, el conformado incremental monopunto (Single Point Incremental Forming, SPIF) ha sido ampliamente estudiado en metales, pero su aplicación a polímeros aún es escasa. La escasa aplicación a polímeros se debe, entre otras, a las complejidades en el comportamiento mecánico de este tipo de materiales, como pueden ser un comportamiento elástico no lineal, un comportamiento viscoso, o la sensibilidad a la temperatura. Este TFM se enfoca en el modelado numérico del proceso SPIF en láminas poliméricas mediante elementos finitos (FEA). Se usará un código de tipo explícito para analizar la distribución de tensiones y deformaciones, así como la recuperación elástica de las piezas. Esto permitirá evaluar la influencia de los parámetros de proceso en la precisión geométrica, así como comprender el proceso de recuperación elástica, responsable de las desviaciones geométricas en piezas finales. A través de este estudio, se busca contribuir a la optimización del SPIF en materiales poliméricos, facilitando su implementación industrial y reduciendo el número de ensayos experimentales requeridos para la obtención de piezas útiles.

Incremental Sheet Forming (ISF) is a flexible manufacturing process that allows forming sheets using a CNC-controlled tool, reducing tooling costs for small series. Among its variants, Single Point Incremental Forming (SPIF) has been widely studied in metals, but its application to polymers is still limited. This reduced application to polymers is mainly due to the complexities of their mechanical behavior, such as nonlinear elasticity, viscoelastic effects, and high sensitivity to temperature. This work focuses on the numerical modeling of the SPIF process in polymer sheets using Finite Element Analysis (FEA). An explicit code is employed to analyze the distribution of stresses and strains, as well as the elastic recovery of the formed parts. This approach enables the evaluation of the influence of process parameters on geometric accuracy, while also providing insights into elastic recovery, which is largely responsible for geometric deviations in final components. Through this work, the objective is to contribute to the optimization of SPIF applied to polymeric materials, facilitating its industrial implementation and reducing the number of experimental trials required to obtain functional parts.