Prospects for the application of polymer stamping tool

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription or Fee Access

Abstract

The results of research aimed at expanding the scope of polymer materials application are presented. The fundamental possibility of manufacturing a working tool for stamping sheet plastic parts using the method of extrusion 3D printing is demonstrated. The results of modeling the stamping process with a plastic tool are provided. Contact stresses are determined, and the results of field experiments on the drawing of workpieces of "bushing" type with polymer tools of PLA and ePA-CF grades are presented.

Full Text

Restricted Access

About the authors

A. D. Kulikov

АО «ОДК»

Author for correspondence.
Email: journal@electronics.ru

заместитель начальника цеха; Производственный комплекс «Салют» 

Russian Federation, Москва

P. A. Petrov

Московский политехнический университет

Email: journal@electronics.ru

кандидат технических наук, доцент, кафедра «Обработка материалов давлением и аддитивные технологии»

Russian Federation, Москва

I. A. Burlakov

Московский политехнический университет

Email: journal@electronics.ru

доктор технических наук, старший научный сотрудник, профессор

Russian Federation, Москва

P. A. Polshkov

АО «ОДК»

Email: journal@electronics.ru

начальник технологического бюро; Производственный комплекс «Салют»

Russian Federation, Москва

References

  1. Бурдуковский В. Г. Технология листовой штамповки. Учебное пособие. Екатеринбург: Издательство Уральского университета, 2019. 224 с.
  2. Юсипов З. И., Каплин Ю. И. Обработка металлов давлением и конструкции штампов. М.: Машиностроение, 1981. 272 с.
  3. Gebhardt A., Hötter J.-S. Rapid Tooling. In: Additive Manufacturing 3D Printing for Prototyping and Manufacturing. München: Carl Hanser Verlag GmbH & Co. KG, 2016. PP. 353–394.
  4. Afonsoa D., Piresa L., Alves de Sousa R., Torcato R. Direct rapid tooling for polymer processing using sheet metal tools // Procedia Manufacturing. 2017. V. 13. PP. 102–108.
  5. Gupta P., Lee J. Rapid prototyping in die manufacturing. Paper presented at The Society of manufacturing Engineers, (1993). PP. 11–13.
  6. Jacobs P. F. Stereolithography and other RP&M Technologies: From Rapid Prototyping To Rapid Tooling // ASME Press, New York, NY. (1996).
  7. Cheah C. M., Chua C. K., Lee C. W., Lim S. T., Eu K. H., Lin L. T. Rapid sheet metal manufacturing. part 2: direct rapid tooling// Advanced Manufacturing Technology,. 2002. V. 19 (7). PP. 510–515.
  8. Lee A., Chung C. W., Ramani K., Schlueter T., Tomovic M. M. WirePath: development of a new method for direct rapid tooling // Proceedings of the 7th ACM Symposium on Solid Modeling and Applications, Saarbrücken (2002).
  9. Durgun I. Sheet metal forming using FDM rapid prototype tool // Rapid Prototyping Journal. 2015. V. 21 (4). PP. 412–422.
  10. Nakagawa T., Suzuki K. A low cost blanking tool with bainite steel sheet laminated // Proceedings of 21 International MTDR Conference, 1980.
  11. Rosochowski A., Matuszak A. Rapid tooling: the state of the art // Journal of Materials Processing Technology. 2000. V. 106 (1/3). PP. 191–198.
  12. Liewald M., de Souza J. H. C. New developments on the use of polymeric materials in sheet metal forming // Production Engineering. 2008. V. 2(1). PP. 63–72.
  13. Mueller D. H., Mueller H. Experiences using rapid prototyping techniques to manufacture sheet metal forming tools // Proc. ISATA Conf., Dublin. 9 (2000). PP. 25–27.
  14. FDM Deep-Draw Metal Forming Tool. [Электронный ресурс] URL: https://www.stratasys.com/contentassets/d19ded4218c14f749618c6b0fa5be033/ab_fdm_metalformingtool_a4_0323a-2-1.pdf?v=49c1f0 (дата обращения:24.04.2025).
  15. Frohn-Sörensen P., Geueke M., Tuli T. B. et al. 3D printed prototyping tools for flexible sheet metal drawing // Int J Adv Manuf Technol. 2021. V. 115. PP. 2623–2637.
  16. Klimyuk D., Serezhkin M., Plokhikh A. Application of 3D Printing in Sheet Metal Forming // Materials Today: Proceedings. 2021. V. 38 (4). PP. 1579–1583.
  17. Bhatia C. V., Patel D. R. A Review on Design of Additively Manufactured 3D Printed Tools for Sheet Metal Forming Processes // ECS Trans. 2022. V. 107. P. 13745.
  18. Du Z. H., Chua C. K., Chua Y. S., Loh-Lee K. G., Lim S. T. Rapid sheet metal manufacturing, Part 1: indirect rapid tooling // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2002. V. 19 (1). PP. 411–417.
  19. Ferreira R.T.L., Amatte I. C., Dutra T. A., Bürger D. Experimental characterization and micrography of 3D printed PLA and PLA reinforced with short carbon fibers // Composites Part B Engineering. 2017. V. 124 (1). PP. 88–100.
  20. Савченя А. А., Ермаков А. И. Исследование влияния технологических параметров 3D-печати PLA-пластиком на механические характеристики изделий // Мировая экономика и бизнес администрирование малых и средних предприятий: материалы 16-го Междунар. науч. семинара, проводимого в рамках 18-й Междунар. науч.-техн. конф. «Наука – образованию, производству, экономике», г. Минск, 26 марта 2020 г. Минск: Право и экономика, 2020. С. 231–232.
  21. Залогин М. Ю. и др. Экспериментальное определение и сравнительный анализ характеристик прочности полимеров PPH030GP, ABS и PLA при различных скоростях деформации // Наука и техника. 2019. Т. 18, № 3. С. 233–239.
  22. Кулик В. И., Нилов А. С. Аддитивные технологии в производстве изделий авиационной и ракетно-космической техники: учебное пособие. М.: 2018. 160 c.
  23. Бурлаков И. А., Полшков П. А., Петров П. А., Сапрыкин Б. Ю. Гибка труб с применением 3D-напечатанного инструмента // Аддитивные технологии. 2022. № 4. С. 32–34.
  24. Звонов С. Ю. Разработка и исследование моделированием в программе QForm процесса гибки изделия типа «Улитка» на инструменте из PLA-пластика // QForm Форум «Моделирование процессов штамповки, прокатки и прессования в QForm». М., 2023.
  25. Aksenov L. B., Kononov I. Y. 3D Printed Plastic Tool for Al Thin-Sheet Forming // IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science. 2019. V. 337. P. 012053.
  26. Langstädtler L., Intemann A., Herrmann M., Schenck C., Pegel H., Kuhfuss B. Rapid Tooling for Impulse Forming. ESAFORM 2021. 10.25518/esaform21.2483, (2021), pp. 2483/1–2483/10.
  27. Петров П. А., Бурлаков И. А., Полшков П. А. и др. Изучение метода повышения прочности филамента PLA // СТАНКОИНСТРУМЕНТ. 1 (034) (2024). С. 60–64.
  28. D printed press brake forming tools. [Электронный ресурс]. URL: https://www.instructables.com/id/3D-Printed-Press-Brake-Forming-Tools (дата обращения: 24.04.2025).
  29. Nakamura N., Mori K., Abe F., Abe Y. Bending of sheet metals using plastic tools made with 3D printer // Procedia Manufacturing, 15 (2018), 737–742.
  30. Сережкин М. А., Лавриненко В. Ю., Балахонцева Н. А., Тихонова Е. А. Экспериментальные исследования точности деталей при вытяжке с использованием FDM – инструмента // Известия ТулГУ. Технические науки. 2024. № 4. С. 435–440.
  31. Петров П. А., Бурлаков И. А., Полшков П. А. и др. Повышение прочности формообразующего инструмента из полилактида PLA методом закалки // СТАНКОИНСТРУМЕНТ. 2023. № 1. С. 58–65.
  32. Бурлаков И. А., Полшков П. А., Петров П. А., Шаболин М. В. Зависимость геометрической точности труб от технологических параметров гибки инструментом из полилактида PLA // Известия ТулГУ. Технические науки. 2023. № 3. С. 136–141.
  33. Куликов А. Д., Бурлаков И. А., Петров П. А., Полшков П. А. Штамповка тонкостенных заготовок с применением инструмента из полиактида PLA // Известия ТулГУ. Технические науки. 2023. № 12. С. 616–620.
  34. Власов А. В., Стебунов С. А., Евсюков С. А. и др. Конечно-элементное моделирование технологических процессов ковки и объемной штамповки. М.: Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2019. 383 с.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Example of a stamp for forming a part from sheet metal: a – upper and lower stamps; b – stamps in assembly; c – stamp in the working area of the press; d – stamped part in the lower stamp [9]

Download (133KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Tensile and compressive yield stresses of samples depending on the tempering temperature: 1 – compression without heat treatment, 2 – compression 70 °C, 3 – compression 85 °C, 4 – compression 100 °C, 5 – tension without heat treatment, 6 – tension 70 °C, 7 – tension 85 °C, 8 – tension 100 °C [27]

Download (225KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Scheme of drawing thin-walled steel blanks

Download (81KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Solid models of the matrix (a) and punch (b)

Download (41KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Workpieces after drawing without clamping (a) and with clamping (b) – modeling

Download (129KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Experimental polymer tooling for drawing on a hydraulic press: a – PLA matrix; b – PLA punch; c – ePA-CF nylon clamp; d – 12X18N10T steel blank.

Download (154KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Metal blanks after drawing with a polymer tool from PLA without clamping (a) and with clamping (b)

Download (71KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 Kulikov A.D., Petrov P.A., Burlakov I.A., Polshkov P.A.