インクリメンタルシート成形

インクリメンタルシート成形（またはISF 、シングルポイント成形とも呼ばれる）は、一連の小さな増分変形によってシートを最終ワークピースに成形するシートメタル成形技術です。ただし、研究により、ポリマーシートや複合シートにも適用できることがわかっています。一般的に、シートは、通常直径5〜20mmの先端が丸いツールによって成形されます。CNCマシン、ロボットアームなどに取り付けることができるツールは、シートを約1mm押し込み、目的の部品の輪郭に沿います。次に、さらに押し込み、部品の次の輪郭をシートに描き、部品全体が成形されるまでこれを続けます。ISFは、ツール、シート、ダイ（存在する場合）間の接触点の数に応じて、いくつかの種類に分けることができます。シングルポイントインクリメンタル成形（SPIF）という用語は、シートの反対側がフェースプレートによってサポートされている場合に使用され、2ポイントインクリメンタル成形（TPIF）という用語は、完全または部分的なダイがシートをサポートしている場合に使用されます。

IFプロセスには、シングルポイントインクリメンタル成形（SPIF）とダブルサイドインクリメンタル成形（DSIF）の2つのバリエーションがあります。DSIFプロセスでは、2つのツールを使用してシートの両側を成形しますが、SPIFプロセスではシートの片側にのみツールを使用します。したがって、シートの両側に特徴を持つコンポーネント（たとえば逆円錐）は、DSIFプロセスによって効果的に成形できます。^[1]

このプロセスは CNC プロセスによって完全に制御できるため、従来の板金成形のように金型は必要ありません。製造プロセスで金型がなくなると、金型を製造する必要がなくなるため、少量生産では 1 個あたりのコストが下がり、ターンアラウンド タイムが短縮されます。ただし、大量生産の場合、金型の製造にかかる時間とコストは、1 個あたりの速度が速くなり、1 個あたりのコストが低くなることによって吸収されます。複数の著者は、増分成形によって課される局所的な変形下での金属材料の成形性が、従来の深絞りよりも優れていることを認識しています。^[2]対照的に、ISF プロセスでは精度が低下します。^[3]

ISF プロセスは、通常、シートを XY 平面にクランプして実行され、シートは Z 軸に沿って自由に移動できます。ツールは XY 平面内を移動し、Z 軸の動きと調整されて目的の部品を作成します。このプロセスに対応するために、CNCフライス盤を改造すると便利な場合がよくあります。球形、平底、放物線状のツール プロファイルを使用して、さまざまな表面仕上げと成形限界を実現できます。^[4]

この機械は、ダイ上でシートを徐々に引き下げるストレッチ成形と、前述の CNC ツール アプローチを組み合わせて使用​​します。これにより、材料の厚さがより均一に分散されると言われています。このプロセスは、1 回限りの製造に適していますが、プロセスのシミュレーションが難しいため、ツールパスが複雑になり、決定に時間がかかります。

フォードモーター社は最近、自動車部品のラピッドプロトタイピングに導入されている2点増分シート成形技術であるフォードフリーフォームファブリケーションテクノロジーを発表しました。この製造プロセスを使用して、人間の顔^[5]や頭蓋インプラント^[6]などの複雑な形状が製造されています。この技術の進歩により、近い将来、他の板金依存型メーカーによる採用が増えることが期待されます。

インクリメンタルフォーミング（IF）は、以下の分野で幅広い用途を持つ最近の製造プロセスです。^[7]

• バイオメディカルインプラント
• 自動車
• 航空宇宙
• 原子炉
• 防衛

プロセスの仕組みは、次のような多くのパラメータの影響を受けます。

• 横方向のXY送り速度、^[8]
• 垂直Z送り速度またはピッチ、^[9]
• （オプション）ツールの回転、^[10]
• 摩擦係数^[11]
• ツールの形状（半径）^[12]
• シート温度、^[13]

いくつかの大学で研究が進行中である。^{[14] [15]}最も一般的な実装は、従来のフライス盤にISFプロセスで使用される球状ツールを装備することです。主要な研究分野には以下が含まれます。

• 摩擦を低減する転がり工具の開発。
• 成形後のシートの薄化を軽減
• スプリングバックをなくすことで精度を向上^{[16] [17]}
• 新しい用途の開発、特にプロセスを新しい材料（複合材料など）に拡張し、加熱を適用すること^[18]
• 表面粗さの改善^[19]

• 生産プロセス - シングルポイント増分成形
• ロボットベースのシングルポイントインクリメンタル成形