Specialisatie Project Rubberpersen Groep 4A 01 1

Transcriptie

1 1

2 INHOUD Voorwoord... 3 Het bedrijf Phoenix BV... 4 Het rubberpersen... 5 inleiding... 5 vormvrijheid... 7 Materialen... 9 productiekosten Cyclustijd nabewerkingen product Programma van eisen: Schetsen Collage Concept details materiaal Maakbaarheidsanalyse nabewerking randprocessen Stap voor Stap cyclustijd productiekosten ontwerpregels Maximale afmetingen matrijzen Materialen Bijzondere vormen en details Nabewerkingen Kosten Time to market Conclusie nawoord bronnen bijlagen

3 VOORWOORD In dit verslag van het van Industriële Productie bespreken we ons sprecialisatieproject bij Phoenix metaal 3D. Er is voor dit bedrijf gekozen om een product te kunnen ontwerpen dat met het Rubbervorm proces gemaakt kan worden. Ons product is een design wastafel voor in de badkamer. Er word begonnen met een beschrijving van het bedrijf Phoenix waarmee we hebben samengewerkt. Hierna wordt er dieper ingegaan op het productieproces en vervolgens wordt ons uiteindelijke ontwerp gepresenteerd. Als laatste wordt er nog een samenvatting gegeven van enkele ontwerpregels en richtlijnen voor het Rubbervormproces. Bij deze willen we de volgende personen bedanken: Henk Crone, voor de begeleiding, tussenreflecties en het nakijken van dit verslag. Zoltan Rusak, voor de begeleiding op de dag van de rondleiding. Erik Tempelman, voor het erg goed organiseren van het vak Industriële Productie. Het bedrijf Phoenix BV te Eindhoven voor de zeer interessante rondleiding en voorlichting. 3

4 HET BEDRIJF PHOENIX BV Phoenix 3d metaal is in 1960 in Eindhoven opgericht als eenmansbedrijf. Inmiddels werken er vijfendertig mensen waarvan een groot deel hoog is opgeleid. Het bedrijf is gespecialiseerd in het ontwerpen en vervaardigen van plaatwerkdelen en constructies in kleine en middelgrote series. Deze plaatwerkdelen en constructies worden voornamelijk van staal, roestvaststaal en aluminium gemaakt. Phoenix werkt veel samen met o.a. TNO industrie, TU Delft en Syntens. De samenwerking met TNO heeft onder meer geleid tot de ontwikkeling van de enige 3500 ton rubberpers in Nederland, die de capaciteit heeft om grote plaatwerkdelen met afmetingen oplopend tot 2200 X 1100 mm te rubberpersen. Inmiddels staat er een tweede 3500 ton rubberpers en zelfs een pers met 8000 ton perscapaciteit! Phoenix levert zijn producten voor verschillende branches, zoals de ovenbouw, design verlichtingsarmaturen, design meubelen, componenten voor revalidatiemiddelen en besturingskasten. Naast de rubberpersen heeft Phoenix ook de beschikking over 2d en 3d lasersnijden, (robot) kantzetten, c.n.c. ponssnibbelen, knippen en verschillende puntlas technieken. Manier van werken, productiestappen Phoenix is al in een vroeg stadium betrokken bij het meedenken in het ontwerpen van de plaatwerkdelen en plaatwerkconstructies. Mede hierdoor zijn over het algemeen de resultaten goed met betrekking tot de kostprijs, kwaliteit en doorlooptijd. Verschillende van de nieuwste engineers programma s worden gebruikt voor zowel 2d als 3d tekeningen, en eigengemaakte technische tekeningen kunnen teven vertaald worden voor het produceren van de producten. Wel probeert Phoenix de klant te stimuleren de net opgestelde regels aan te houden als hij er zelf voor kiest de tekeningen zelf aan te leveren. Er zijn namelijk veel manieren om goede technische tekeningen te maken, en veel bedrijven kiezen elk hun eigen manier. Sinds kort probeert men volgens een en dezelfde richtlijnen de tekeningen te maken, en Phoenix ondersteunt deze manier van werken. Media Toen in 2009 door de economische crises veel ontslagen in Noord Brabant dreigden te vallen, kwam Phoenix positief in het nieuws door het creatief vinden van oplossingen om werk te blijven creëren ondanks dat de orders drastisch verminderden. Zo ontwikkelde Phoenix zelf een goedkoop product dat makkelijk verkocht zou kunnen worden om de productie door te laten gaan. Op donderdag 4 november 2010 kreeg de directeur van Phoenix, Toine van Lieshout, de Ir. Noordhofprijs uitgereikt voor de beste vakman of vakvrouw in de regio Zuidoost Brabant. 4

5 HET RUBBERPERSEN INLEIDING Om het rubbervorm proces beter te begrijpen wordt in de inleiding een verdeling gemaakt in hoe het proces in theorie verloopt: Productieprincipe: welke uitgangsvormen in de industrie gangbaar zijn: Productiemethode en welke capaciteiten ons productiebedrijf heeft: Productiemiddelen.. PRODUCTIEPRINCIPE Het productieprincipe berust op het 3d vervormen van plaatmetaal. Omdat het 3d vervormen is zijn er weinig of geen formules die handig zijn om mee te rekenen. In de industrie wordt er meestal een schatting gemaakt door een ingenieur en wordt er door een simulatieprogramma berekend of het proces goed verloopt. Wel kun je voor de mogelijke rek kijken naar het grensvervormings diagram. Hiermee kun je bij simpele vormen uitrekenen hoeveel rek of stuik het materiaal aan kan. Dit is per materiaal verschillend. Maar ook dit diagram is niet geheel betrouwbaar. In de praktijk de rek hier groter of minder groot kan zijn dan dit diagram aangeeft. Figuur 1: Geschematiseerd grensvervormingsdiagram PRODUCTIEMETHODE In de industrie worden globaal de volgende processen gebruikt bij 3d metaal vervormen: Valhamerpersen: waarbij handmatig een product word gevormd tussen kleine stempels Dieptrekken: gevormd door een stempel en een matrijs met plaathouder Matrijspersen: gevormd tussen twee matrijsdelen Rubberpersen: gevormd tussen een matrijs en een rubber deel PRODUCTIEMIDDELEN Phoenix 3D doet het laatste: rubberpersen. Meer specifiek: het Guerin proces. In het deel over het bedrijf worden de specificaties gegeven over de machines die Phoenix heeft. In figuur 2 is te zien hoe de plaat in theorie gevormd wordt. Figuur 2: Principe van een rubberpersopstelling 5

6 VOORDELEN Snelle vervormingstechniek (voor en nabewerkingen buiten beschouwing gelaten). Plaatwerk is goed bewerkbaar. Lage investeringskosten (standaard plaatmateriaal is goedkoop; machines zijn relatief goedkoop door eendelige mal( helft) en rubber). De machinekosten voor rubberpersen bedragen slechts ca. 10% van dezelfde kosten voor dieptrekken. Beter vloeiende dubbelgekromde vormen uit een plaat mogelijk dan met andere buigtechnieken zoals dieptrekken haalbaar¹. Geen voorverwarming noodzakelijk. NADELEN Nauwkeurige afwerking kent hoge investeringskosten. Lagere productiesnelheid dan bij overige plaatvervormingstechnieken zoals dieptrekken. Minder grote vormvrijheid dan bij andere plaatvervormingstechnieken (maximale diepte/lengteverhouding ca. ½ tot 1/3). Afhankelijk van de grensvervormingskromme van het materiaal in de specifieke context. Bij negatief rubberpersen is er extra materiaal nodig ten behoeve van het vasthouden door het rubber (plooihouderfunctie). Dit moet later weggesneden worden. GESCHIEDENIS RUBBERVORMEN: Gebruik van rubber in persen kan worden teruggevonden in processen vanaf ongeveer 1900, maar toen had het nog geen significante inpakt op de industrie. Het rubbervormproces is vooral bekend geworden via de vliegtuig industrie. Anders dan in de auto industrie, waar persen al veel langer gebruikt werden, werd het persen van onderdelen in de luchtvaart lang niet toegepast. Pas toen de vraag naar vliegtuigen zo snel steeg dat er niet genoeg bekwaam vak personeel was om vliegtuigonderdelen te maken werden er persen gebruikt. Over het algemeen is het aantal stuks dat gemaakt wordt laag en is het niet rendabel om met metalen delen te persen. In 1930 vond Henry Guerin, toen departementshoofd bij Douglas Aircraft, een manier om een rubber zo te combineren met een hydraulische pers, dat er makkelijk met een enkel matrijsdeel geperst kon worden. Het verschil lag er vooral in dat bij dit proces het rubber lag opgesloten in een metalen matrijsdeel. Dit Guerin proces word door kenners van de luchtvaartindustrie de grootste bijdrage aan het vervaardigen van metalen vliegtuigen genoemd. Door vliegtuigbouwers wordt het zelfs aangedragen als reden dat de gevoerde luchtoorlogen met die vliegtuigen zijn gewonnen. (Galison et al, 2000) Tegenwoordig word ongeveer de helft van de plaatmetalen delen van vliegtuigen met het rubbervorm proces gemaakt. (Sinke, 2009) 6

7 VORMVRIJHEID Bij het rubberpersen zijn er natuurlijk beperkingen. Wanneer kan je rubberpersen? Dit hangt af van een aantal variabelen, zoals materiaal, plaatdikte, de grootte van de plaatuitslag, de vorm van het product, de buigradii, details en de oppervlakte kwaliteit. Hieronder worden de beperkingen behandeld. De materialen spelen een belangrijke rol, daarom wordt er in een ander deel van het verslag nog dieper op in gegaan. De plaatdikte mag bij het proces rubberpersen maximaal 2 à 3 mm zijn. Als het product wat simpeler is zal het wel tot iets dikkere diktes gaan. Deze beperking komt doordat de machine een beperkte druk kan opbouwen, logisch is dat een dikkere plaat meer kracht nodig heeft om te vervormen dan een dunnere plaat. Ook is het per materiaal verschillend. Belangrijk hierbij is de vloeigrens, platen met een lage vloeigrens kunnen dikker zijn dan platen met een hoge vloeigrens. Als men toch dikkere platen wil gebruiken zijn er nog warmtebehandelingen mogelijk om de vloeigrens te beïnvloeden. De grootte van de plaatuitslag is een tweede beperkende factor. Dit komt neer op de grootste afmeting in lengte en breedte van het product die de machine aan kan. Natuurlijk kan het product niet groter worden dan het rubberoppervlak zelf. De afmetingen van de machine beperkt dus de vormvrijheid. In het bedrijf Phoenix bv in Eindhoven zijn de afmetingen als volgt: 350 bij 650 mm. 550 bij 550 mm. 800 bij 1300 mm bij 2200 mm. Daarnaast beperkt de persdruk de mogelijkheden. Met een hogere persdruk kunnen meer details in het product geperst worden. Dan de vorm van het product. Er zijn twee hoofdvormen te onderscheiden, dat zijn geflensde productvormen en dieptrekachtige productvormen. Geflensde producten zijn producten die met een vlakke plaat met flenzen aan de omtrek: zie figuur 1. Hier zijn drie typen te onderscheiden: rechte, rek, of krimp flenzen. De lastigste van deze drie is de krimp flens, dit omdat de plaat de neiging heeft tot plooien. De flenzen worden vaak gebruikt voor verstijvingrillen of andere details. Bij de dieptrekachtige producten wordt vaak een negatieve mal gebruikt. De producten lijken vaak op de producten die zijn gemaakt met het productie principe dieptrekken. Rubberpersen heeft als voordeel dat er details in het product kunnen zitten en dat het rubberkussen ook als plooihouder en stempel kan dienen. Bij rubberpersen zijn twee soorten buigradii onderscheiden: de mal radius en de vrije radius. Zie figuur 2. Bij de malradius is volgt de plaat de mal, en is het dus belangrijk dat de radius van de mal niet kleiner is dan de minimale buigradius van de plaat. De vrije radius wordt bepaald door de vloeigrens van het materiaal, de plaatdikte en de persdruk van de machine. FLENZEN. Figuur 4 Zoals eerder vermeld zijn er drie typen flenzen te onderscheiden, rechte, rek en krimpflenzen. Per soort is hier de maximale buigradius en de hoogte van de flens te berkenen. 1. Rechte flens. Bij de rechte flens treedt alleen in de buigzone (over een rechte lijn) een plastische deformatie op. Het materiaal zal insnoeren of breken als de maximale rek wordt overschreden. De forumle van de maximale rek gaat als volgt: Figuur 3 7

8 nu is de minimale buigradius (r) te berekenen als de materiaal dikte (t) en het materiaal bekend is. 2. Rekflens Bij rekflenzen is er niet alleen de buiging, maar ook de vervorming in het rechte vlak. Deze vervorming is gelijk aan de vervorming bij een trekproef. Er is een formule om de maximale hoogte van de flens (H in mm) te berekenen, als de contourstraal (R con in mm) en de breukrek (Ɛ trek ) 3. Krimpflenzen Deze flenssoort is moeilijker te omschrijven dan de andere twee. Dit komt doordat de plaat hier gaat plooien. Dit plooigedrag is alleen te voorspellen uit proeven die gedaan zijn. De volgende formule is afgeleid uit proeven met aluminium. (RVS en staal zijn soortgelijke formules, alleen met andere constanten) t = plaatdikte R 0.2 = vloeigrens Ɛ geom = geometrische rek. Als deze kleiner is dan de kritieke waarde (Ɛ krit ) dan is de krimpflens zonder plooien te persen. DIEPTREKACHTIGE VORMEN Voor deze productvormen worden vaak negatieve mallen gebruikt. In figuur 5 is te zien hoe het proces verloopt. Eerst zal de plaat naar beneden worden geduwd. Als de plaat de bodem raakt zal de plaat naar de vorm van de mal geperst worden. met behulp van een aantal formules kan de maximale hoogte van het product worden vastgesteld. Te beginnen met afgeronde producten met een verticale wand. Figuur 5 8

9 Ook is de persdruk bepalend voor de maximale hoogte. Er mag aangenomen worden dat de product hoogte halveert als de persdruk halveert. Verder zijn nog producten met conische wanden. Deze producten kunnen een grotere maximale hoogte bereiken. Deze hoogte kan berekend worden met de h max van hierboven te delen door: 1 0,5 x tan α Figuur 6 Verder zijn er nog rechthoekige producten te produceren met rubberpersen. Hier zijn geen eenduidige rekenregels voor. Voor een inschatting kan gekeken worden naar de hoekdiameter van de mal. Deze is dan gelijk aan 0.5 x de maldiameter. Goed afgeronde hoeken zijn dus gewenst. Vaak is hier een hogere h max mogelijk dan de ronde producten. Voor een rechthoekig product met conische wanden kan gekeken worden naar de ronde vormen met conische wanden, deze zijn vergelijkbaar. Als men toch een hogere h max wil bereiken kan er een smering worden toegepast. MATERIALEN EEN KORTE INTRODUCTIE Rubberpersen is een productiemethode voor dubbelgekromd plaatwerk. Hiervoor zijn, afhankelijk van het materiaal, in principe alle metalen platen met een dikte tot circa 3 millimeter geschikt. Verder behoort ook het krommen van holle buizen met rubberpersen tot de mogelijkheid. Laatstgenoemde is echter niet mogelijk bij Phoenix. In de praktijk worden bij het bedrijf Phoenix b.v. vooral platen van Aluminium, RoestVastStaal en Staal gerubberperst. Dit zijn vaak de volgende typen: Aluminium: 99, 5, AlMg₃, RoestVastStaal: AlSl 304 en 316, staal: DC01 t/m DC06 (technisch weekblad). Voor het materiaal van de wastafel wordt dus gezocht binnen de bovengenoemde typen van één van deze drie metaalsoorten (dus: RVS, Staal of Aluminium). Vervolgens wordt er nog gekeken of er voor de specifieke productvorm en de toepassing ervan mogelijk nog betere typen van de metaalsoort bestaan dan de bij Phoenix meest toegepaste en wordt de maakbaarheid met het rubberpersen bij Phoenix hiervan nagegaan. MATERIAALEISEN VOOR HET PROCES De materiaaleigenschappen die in de onderstaande tabel zijn opgesomd, gerangschikt naar categorie volgens CES 2010 EduPack 2010 level 3, zijn voor het proces van het rubberpersen in het algemeen van belang. Er is kort een toelichting gegeven waarom elke eigenschap van belang is voor het rubberpersen, wat de invloed is (het verband met het proces) en wat het kwalitatieve verband is. Materiaaleigenschap: Waarom van belang? Invloed kwalitatief verband: Producteis: E modulus/ Min. 150 GPa Buigmodulus Max. 500 GPa Afschuivingcoëfficiënt dwarscontractiecoëfficiënt De E modulus bepaalt hoeveel het materiaal al elastisch is gerekt/ gekrompen voordat het eenmaal bij de vloeigrens van plastische vervorming komt. Het materiaal kan scheuren bij shear. Als er veel dwarscontractie optreedt, is de rektrekverhouding erg oneven verdeeld. Proces: hoge E modulus gunstig (weinig elastische rek tot vloeigrens). Gebruik: hoge E modulus gunstig (weinig elastische vervorming bij hoge belasting). Hoe hoger de afschuivingcoëfficiënt, des te minder snel het materiaal scheurt door afschuiving. Moet zo laag mogelijk zijn; hoe lager, des te regelmatiger het materiaal zal vervormen (kleinere stempels nodig) GPa Max. 0,30 9

10 Vloeisterkte ( grens) 0,2% rekgrens Treksterkte /Buigdrukvastheid (buigsterkte). Maximale breukrek Hardheid Vickers Breuk /scheurbestandigheid Min./max bedrijfstemperatuur smeltpunt Om het materiaal plastisch te vervormen, moet het tot boven de vloeigrens belast worden. Individuele waarde van de buigsterkte is niet van belang! De treksterkte echter wel. De verhouding tussen deze twee is wel een maat voor de max. rek/krimpverhouding. Geef % uitrekking van de originele lengte van het materiaal bij breuk/scheuren weer. Sommige plaatmaterialen zo hard dat ze niet met de 8000 Ton pers te persen zijn? Bij rubberpersen komt een hoge trekspanning op het materiaal te staan Bepaalt in welk temperatuursgebied het materiaal niet drastisch van mechanische eigenschappen/gedrag verandert. Bepaalt wanneer het materiaal niet meer vloeit, maar vloeibaar wordt (niet gewenst). koolstofgehalte Het koolstofgehalte (%) bepaalt mede hoe sterk en materiaal is, maar ook hoe goed het koud te vervormen is. verstevigingsfactor Het is een maat voor de versteviging, die de strekbaarheid van het product kan beoordelen. Anisotropiewaarde Deze waarde geeft de verandering van de dikte in de breedte en lengterichting. proces: lage vloeigrens gunstig (weinig kracht/druk nodig om materiaal plastisch te vervormen). gebruik: hoge vloeigrens gunstig (plastische vervorming treedt pas op bij een hoge belasting). Bij trek treedt eerst insnoering op boven deze belasting, voordat het metaal eenmaal scheurt. Hoe hoger de treksterkte, des te meer weerstand het materiaal biedt tegen plastische vervorming en des te verder het terugveert. Hoe hoger deze percentuele waarde, des te verder het materiaal vervormbaar is (taaier) voordat het eenmaal scheurt. Hoe harder het materiaal, des te harder de rubber (bescherm )laag van de rubberpers slijt. Hoe hoger de waarde, des te hoger de maximale trekspanning kan zijn, voordat een breuk van een bepaalde lengte optreedt. Hoe lager de maximale bedrijfstemperatuur, des te lager de temperatuur voor het voorverwarmen van het materiaal kan zijn om opzettelijk het vormingsgedrag voordelig te beïnvloeden. Hoe groter het verschil tussen de maximale bedrijfstemperatuur en het smeltpunt, des te gemakkelijker kun je het materiaal voorverwarmen zonder het per ongeluk te smelten. Over het algemeen geldt: hoe hoger het koolstofgehalte, des te sterker het materiaal, maar ook des te slechter het koud te vervormen het is (hogere kans op scheuren). Hoe groter de verstevigingsfactor (n), des te beter het materiaal strekt. Hoe hoger de anisotropiewaarde (r), des te beter het materiaal in een richting uit te rekken is dan in de andere richting. (Grotere dieptrekverhouding mogelijk) Mpa treksterkte: Min. 400 Mpa verhouding: T/C max. 2,5. min. 10% van de rek. Max. 400 HV Min. 75 MPa. m⁰ ⁵ Max. bedrijfstempe ratuur: Max C. +/ ΔT max. bedrijftsmeltpuntmin. 200 C Max. 0,20 massa% Minimaal 0,25 (Al. Soorten vallen af). Minimaal 1,0 (Al. soorten vallen af). 10

11 Figuur 7 Potentiële materialen t.a.v. de 2 meest toegepaste rubberpersmethoden. Conclusie: RVS is het meest geschikte materiaal om te rubberpersen door middel van strekken (positief rubberpersen). Gewoon staal is het meest geschikt om dieptrekachtig te rubberpersen (negatief rubberpersen). WENSEN Het is (in tegenstrijd tot de hoge treksterkte) ook gunstig dat het materiaal een lage vloeigrens heeft. Boven de vloeigrens kan het materiaal namelijk soepeler gebogen worden. Het is gunstig wanneer het materiaal goed warmte kan opnemen c.q. een lage soortelijke warmte heeft. (Bij eventuele verwarming om de vloeigrens te verlagen, is er minder toegevoegde energie in de vorm van warmte nodig). METAALSOORTEN EN HUN BELANGRIJKSTE (MECHANISCHE) EIGENSCHAPPEN In dit onderdeel wordt in aanvulling op de korte introductie een stuk dieper maar toch beknopt ingegaan op de bij het rubberpersen drie meest gebruikte metaalsoorten en hun belangrijkste mechanische eigenschappen. Dit zijn achtereenvolgens: Aluminium, Staal en Roestvaststaal. In het productspecifieke deel worden de meeste geschikte types van de metaalsoorten genoemd voor het product genoemd en wordt een afweging gemaakt tussen metaalsoorten. Tenslotte wordt er een materiaal gekozen. ALUMINIUM Aluminium is een verzamelnaam voor uiteenlopende legeringen. Ze behoren samen met magnesium en titanium tot de lichte legeringen. Ze zijn het beste te herkennen aan de volgende eigenschappen: het is niet magnetisch en erg licht van gewicht en glanzend. Aluminium is ruim voorradig, goed recyclebaar en heeft een lage prijs. Het is echter wel beperkt vervormbaar wegens de lage rekgrens (gemiddeld 10%), hoge krasgevoeligheid en krijgt snel zichtbare vloeilijnen. Hierdoor neemt de plaatselijke materiaaldikte wel minder af. Verder kent het veel terugvering door de lage elasticiteitsmodulus. Bij het lassen van Aluminium moet specifiek rekening gehouden worden met het vermijden van warmtescheuren (nauwkeurig lassen) en porositeiten (de oppervlakte van het materiaal moet droog en schoon zijn). 11

12 Belangrijkste voordelen: Belangrijkste nadelen: 1. Licht (laag soortelijk gewicht) 1. Lage rekgrens (beperkte kracht uitoefenbaar) 2. Lage prijs 2. Beperkte sterkte en stijfheid; scheurgevoeligheid. 3. Goede elektrische geleidbaarheid 3. Krijgt een oxidelaag (reageert snel met zuurstof). 4. Relatief hoge taaiheid 4. Slecht lasbaar (moet met erg nauwkeurig 5. Goed recyclebaar puntlassen, MIG/TIG lassen of laserlassen). Toepassing: Aluminium wordt vooral toegepast vanwege zijn goede elektrische geleidbaarheid in elektrische producten als keukenapparaten en keukentoepassingen als messen en pannen, of boilers en fornuizen, in producten waar de prijs een grote rol speelt boven de sterkte en bovenal de auto industrie, waar gewicht een grote rol speelt. Soorten Aluminium: Aluminiumsoorten zijn onder te verdelen naar het hoofdelement van de legering (met een serienummer) met erachter een toestandsaanduiding, of naar de soorten voorbewerking. Naar hoofdelement van de legering: 1000 serie: Hoofdelementen legering: Aluminium (tenminste 99 massa%). Kneedlegeringen; niet hardbaar. Zeer goede elektrische geleidbaarheid, corrosieweerstand en vervormbaarheid. Lage sterkte (te vergroten met koude deformatie > versteviging). Vooral toegepast als elektriciteitsgeleider en verpakkingsmateriaal levensmiddelen serie: Hoofdelementen legering: Aluminium, Koper. Kneed en gietlegeringen; wel hardbaar. Vaak nog toegevoegd Magnesium of maximaal 1,5 massa% Mangaan. Matige sterkte (te vergroten door koude deformatie + evt. kunstmatige uitharding) serie: Hoofdelementen legering: Aluminium, Mangaan. Kneedlegeringen; niet hardbaar. Wel matig sterk (20% sterker dan 1000 serie) serie: Hoofdelementen legering: Aluminium, Silicium (tot 12 massa%). Kneed en gietlegeringen; wel/niet hardbaar. Door toevoeging van Silicium krijgt de legering een lager smeltpunt. De best gietbare Aluminium gietlegering serie: Hoofdelementen legering: Aluminium, Mangaan. Kneed en gietlegeringen; niet hardbaar. Het belangrijkste legeringselement is echter Magnesium. Goed lasbaar en goede corrosieweerstand, maar spanningscorrosie bij hooggelegeerde soorten bij temperatuur hoger dan 65 C. Gemiddelde tot hoge sterkte serie: Hoofdelementen legering: Aluminium, Magnesium, Silicium. Kneed en gietlegeringen; wel hardbaar. Combinatie van warme vervorming en uitharding na het lassen leidt to hogere sterkte. Goede mechanische eigenschappen (waaronder lasbaarheid en corrosieweerstand) serie: Hoofdelementen legering: Aluminium, Zink, Magnesium. Kneedlegeringen; wel hardbaar door toevoeging Magnesium + (evt. Koper en Chroom). Vaak hoge sterkte, maar spanningscorrosiegevoelig. 12

13 Goed voor gelaste constructies, wegens veroudering (sterkte toename, met uitzondering van legeringen met koper) serie: Hoofdelementen legering: Al; alle overige legeringselementen. Deze restgroep wordt vaak zo gelegeerd, dat de relatief slechte mechanische eigenschappen van Aluminiumlegeringen verbeterd worden. Figuur 8a De belangrijkste Mechanische eigenschappen en toepassingen van alle series aluminium kneedlegeringen. Toestandsaanduidingen: F Zoals geproduceerd Geen eisen aan mechanische eigenschappen; bij productieproces geen temperatuurs of verstevigingscontrole. O x Zachtgegloeid O1: hoge temperatuur gegloeid; langzaam afgekoeld. O2: warmtebehandeling tijdens mechanische bewerking O3: gehomogeniseerd H xx Verstevigd eerste cijfer x: soort versteviging; tweede cijfer x: hardheid materiaal. T xx Warmtebehandeld eerste cijfer x: soorten warmtebehandeling( en). Tweede cijfer x: variatie in behandeling. Figuur 8b: De belangrijkste vervormingseigenschappen (maximale) Treksterkte en breukrek) tegen en de verhouding hiertussen uitgezet tegenover de maximale breukrek van de meest gebruikte Aluminiumlegeringen. STAAL Staal is een hele veelzijdige, grote groep van metalen met sterk uiteenlopende toepassingen en eigenschappen. Het is zeer goedkoop, sterk en taai. De basisdefinitie van staal luidt dat het een (vaak uitgeharde, dus verstevigde) legering van ijzer is met een klein aandeel koolstof, eventueel met toegevoegde legeringselementen. Belangrijkste voordelen: Belangrijkste nadelen: 1. hoge stijfheid 1. Bros (breukgevoelig) 2. hoge sterkte per gewichtseenheid 2. corrosiegevoelig 3. buigzaam* (afhankelijk van koolstofpercentage). 4. taai 13

14 Toepassing: Omdat staal zo veelzijdig is, worden hier de verschillende toepassingen alvast onderverdeeld naar koolstofgehalte en versterkte staalsoorten: Lage koolstofstaal (0,02 0,3 massa% C): verstevigingselementen in constructies, autoonderdelen, plaatwerk, blikwerk. Middelhoge koolstofstaal (0,25 0,7 massa% C): spoorwegen, gereedschap, overbrengingsonderdelen van auto s etc. (versnellingsbak, assen, lagers). Hoge koolstofstaal: (0,5 1,7 massa% C): snijvoorwerpen, kabels, muziekinstrumenten, lagers HSS: dragende, zwaarbelaste stijve constructies als fietsframes, auto onderdelen, containers. Soorten Staal: Staalsoorten worden tegenwoordig, net als alle andere materiaalsoorten, onderverdeeld met een viercijferig nummer: De eerste twee nummers geven de hoofdelementen van de legering aan. De laatste twee nummers geven het koolstofpercentage aan in honderdste procent. Invloed van het koolstofgehalte (massa%) en hoofdlegeringselementen: Het koolstofgehalte en uithardingproces bepalen voor het grootste deel de mechanische eigenschappen van Staal. Door koolstof aan puur Staal toe te voegen kunnen de eigenschappen sterk veranderen: het wordt harder maar ook brosser. Met andere woorden: het wordt sterker, maar slechter vervormbaar en breukgevoeliger. Echter, door het materiaal een warmtebehandeling te geven en het uit te laten harden zijn de mechanische eigenschappen sterk te beïnvloeden. De sturende beïnvloedbare factoren zijn hier de temperatuur waaronder het hardingsproces plaats vindt en de uithardingstijd. Zo kunnen er hele buigzame en taaie staalsoorten ontstaan. Deze verandering van mechanische eigenschappen is verklaarbaar aan de hand van de verandering van de microstructuur van het materiaal (zie ook 3.3: soorten RVS voor microstructuren). Door toevoeging van andere legeringselementen aan dikkere staalplaten van tenminste meerdere millimeters blijven de koeltijden van het staal aan de binnenkant van de plaat gelijk aan dat van de buitenkanten, zodat het materiaal homogeen blijft. Verder kunnen de mechanische eigenschappen van staallegeringen beïnvloed worden (zie kopje legeringsstaal ). De toepassing van deze legeringsstalen zijn voornamelijk uit de vliegtuigbouw afkomstig. Lage koolstofstaal: Slecht hardbaar; sterkte te vergroten door toevoeging van legeringsmetalen. Relatief slap, maar beter buigzaam. Middelhoge koolstofstaal: Hardt bij afkoelen. Een goede compromis tussen sterkte en buigzaamheid. Hoge koolstofstaal: Hardt goed en snel bij afkoelen. Goede slijtagebestandheid. Grote hardheid (wellicht te hard voor het rubberkussen) en grote veerkracht (lastig plastisch vervormbaar). Zeer hoge sterkte, maar slechte buigzaamheid. Legeringsstaal (vaak ook wel Hoge Sterkte Staal genoemd): Voornaamste legeringelementen: IJzer, Koolstof (<1,0 massa%), Chroom (<2,5 massa%), Nikkel (<2,5 massa%), Molybdeen (< 2,5 massa%), Vanadium (<2,5 massa%). De massapercentages zijn in enkele gevallen groter, maar altijd kleiner dan 5,0 massa%. Koolstof: geeft een grotere sterkte, maar ook grotere brosheid Mangaan, Nikkel, Molybdeen en Chroom: verlagen de kritische koelsnelheid. 14

15 Vanadium: wanneer dit naast alle bovengenoemde legeringelementen toegevoegd wordt,verkrijgt men een combinatie van gunstige mechanische eigenschappen: sterkte gecombineerd met taaiheid en buigzaamheid. Beste combinatie van gunstige Mechanische eigenschappen. Dit is ronduit de meest relevante hoofdgroep van Staal. Het verwerkingsproces van staal tot Hogesterktestaal worden hieronder voor het meest relevante Hogesterktestaaltype (Bake Hardening Steel) zeer beknopt beschreven: Als uitgangsmateriaal wordt vaak een legering met Aluminium en Stikstof in de vorm van Aluminiumnitride gebruikt. Dit zijn stalen met een vervomingskwaliteit, te weten DC001 t/m DC006 (deze zijn bij de introductie al genoemd als veelgebruikte staalsoorten voor het rubberpersen). Het staal wordt eerst in een product geperst, waardoor de sterkte toeneemt. Vervolgens wordt het staal in een oven gegloeid. Hierdoor treedt een combinatie van versteviging door vervorming met rekveroudering op. Resultaat is een staalsoort waarvan de lage vloeigrens behouden blijft, waardoor het goed vervormbaar is, maar dat toch een hoge plaatselijke sterkte, rekgrens en deukbestendigheid biedt. Het leent zich dus ideaal voor vervormingsprocessen als dieptrekken en rubberpersen. Wanneer bovendien een lage koolstofstaal als uitgangsmateriaal wordt gebruikt, is het metaal goed lasbaar. Kort na het bakken (binnen enkele weken) moet het materiaal vervormd (rubbergeperst) worden, omdat het anders door veroudering sneller zichtbare vloeilijnen gaat vertonen bij het rubberpersen. Om een Hoogsterktestaal (HSS) te verkrijgen, moet men een sterkere staalsoort (dus geen staal met een vervormingskwaliteit, maar met een sterktekwaliteit) als uitgangsmateriaal nemen en het zelfde principe toepassen. Wel moet hierbij rekening gehouden worden met hogere benodigde krachten en de daarbij horende beperkingen (slijtage, terugvering) door de toegenomen sterkte. Figuur 9: Structuur en (mechanische) eigenschappen van verschillende koudgewalste (links) en warmgewalste (rechts) typen HogeSterkteStaal. Wat opvalt is dat deze eigenschappen zeer uiteenlopend zijn. 15

16 Figuur10 Verschillende types Hogesterktestaal en hun vervormbaarheid (links), trekkromme (midden). Verder de invloed van bake hardening op de Mechanische eigenschappen van een vervormingsstaal. ROESTVASTSTAAL Onder roestvaststaal vallen alle staalsoorten die een corrosiewerende opofferingslaag hebben en maximaal 1,2 massa% koolstof bevatten (het massapercentage koolstof bepaald immers voor een groot deel de corrosiegevoeligheid). Door het staal te legeren met tenminste 10.5 massa% chroomlegering (dichroomtri oxide), ontstaat een beschermende opofferingslaag. Wanneer deze laag in aanraking komt met onder andere zuurstof, herstelt deze zich door toevoer van zuurstof. Verder worden ook chroom en nikkel gebruikt als legeringelementen om het staal minder corrosiegevoelig te maken. De mate van corrosiebestendigheid wordt vaak bepaald aan de hand van de Pitting Resistance Equivalent. Deze waarde is dan ook voor het grootte deel afhankelijk van massapercentage van deze legeringselementen (zie 11 en 12) De formule luidt als volgt: PRE= %Cr + 3,3x %Mo + 16x%N -waarin Cr, Mo en N de massapercentages van de legeringselementen Chroom, Molybdeen en Stikstof zijn. -voor de orde van grootte: voor buitengebruik in Nederland is een PRE-waarde van tenminste 23 gewenst, voor zeewater een PRE van tenminste 40. De legeringselementen hebben nog een additioneel voordeel: het staal wordt onder kamertemperatuur minder bros, of in andere woorden buigzamer. Figuur 11 en 12: de corrosieweerstand van RVS, waarvoor de Pitting Resistance Equivalent een goede maatstaaf is, is sterk afhankelijk van het massa% beschermende legeringselementen. Belangrijkste voordelen: Belangrijkste nadelen: 1. Corrosiebestendigheid 1. Lastiger te krommen (met hogere krachten, veel 2. Hoge breukrek terugvering). 3. Goede verwerkbaarheid 2. Gespecificeerd lassen (behoud 4. Hoge sterkte corrosiebestendigheid). 16

17 Toepassing: RVS soorten worden al gebruikt in producten binnen een vochtige omgeving. waar het corrosiebestendige en hygiënische aspect van groot belang zijn zoals: keukenapparaten, keukens, wasmachines. Sommige soorten zijn hier dan ook uitermate geschikt voor. Soorten RVS: Roestvaststaal kan aan de hand van de hoofdelementen van de legering in vier hoofdsoorten onderverdeeld worden: Austenitisch roestvaststaal (200 en 300 serie): Hoofdelementen legering: Fe, Cr, Ni, Mn. Kubisch vlakgecentreerd atoomrooster (zie figuur 13). Goede tot zeer goede corrosiebestendigheid. Goed lasbaar zonder verlies corrosiebestendigheid (300 serie). Ferritisch (400 serie): Hoofdelementen legering: Fe, Cr. Soortgelijk atoomrooster als austeniet; echter magnetisch. Hoog Chroomgehalte (10,5 30 massa%). Opvallend laag koolstofgehalte (<0,08 massa%). Matige corrosiebestendigheid. Slecht lasbaar zonder verlies van corrosiebestendigheid. gehard RVS (s serie): Hoofdelementen legering: Fe,Cr, Ni, Cu, Nb. Door harding verbeterde mechanische eigenschappen (optimalisatie microstructuur). Lastiger te vervormen. Verder bestaan er nog de volgende soorten: Duplex RVS Een combinatie van austentische en ferritische structuren Hoofdelementen legering: Cr, Ni. Hoge rekgrens, sterkte en goede weerstand tegen lokale aantasting (door combinatie Cr en Ni). Goede corrosiebestendigheid. Martensitisch: Hoofelementen legering: Cr, C. Kan door het hoge koolstofgehalte goed gehard, warmtebehandeld of veredeld worden en is bovendien goed lasbaar. Zeer matige corrosieweerstand (door hoge koolstofgehalte van massa%). superferrieten: Ferrieten met een Chroomgehalte >30massa% Slecht vervormbaar, met name bij lagere temperaturen. Zeer goede corrosiebestendigheid in elk milieu. Figuur 13: Kubisch vlakgecentreerde, Austentische (links), Ferrische (midden) en Martensitische (rechts) microstructuur. 17

18 PRODUCTIEKOSTEN In het algemeen kunnen de productiekosten worden onderverdeeld in de volgende kosten: Vaste kosten Personeelskosten Afschrijvingen Productiekosten Machinekosten Totale variabele kosten Materiaalkosten Voorbewerkingen Figuur 14 Nabewerkingen Later in het proces komen hier ook nog onder andere verpakkingskosten en transportkosten aan bod, maar die laten we voorlopig buiten beschouwing. Ook is het zo dat in deze tabel de voor en nabewerkingen zijn meegenomen bij de variabele kosten. Dit is gedaan omdat deze tabel de productiekosten van het rubberpersen laat zien en de voor en nabewerkingen andere processen zijn dan rubberpersen met weliswaar dezelfde materiaalkosten, maar met andere machinekosten. Rubberpersen is het meest geschikt voor kleine tot middelgrote series. Om uit te zoeken of rubberpersen goedkoper is dan het gebruik van een andere productiemethode is het handig een eenvoudige berekening te maken van de kostprijs van het product. De kostprijs van een rubbervorm product bestaat uit een optelsom van drie kostensoorten: 1. Eenmalige kosten: de werkvoorbereiding. 2. Per batch terugkerende kosten: logistiek en steltijd. 3. Per product terugkerende kosten: materiaal, pers, loon, rubberkoffer en slijtage rubber. 18

19 Met behulp van de volgende formule kan een eerste indicatie worden gegeven voor de kostprijs van een rubberpers product. K verg = E/p + B/b + P*t waarbij: K verg = Kostprijs van het product (vergelijkingsgetal) E = Kosten van het gereedschap e.d. (o.a. mal en werkvoorbereiding) p = Totaal (verwacht) aantal producten van het betreffende model B = Stelkosten per batch b = Aantal producten per (eenmalige) batch P = Productiekosten, pers en arbeidsloon (per min.) t = Cyclustijd (s) (inclusief het invoeren en uitnemen van het product) Hierbij moet worden opgemerkt dat een aantal vaste kostenposten zoals de rubber en matrijskosten worden verwaarloosd. Voor een meer exactere manier om tot de kosten per product te komen kan gebruik worden gemaakt van de volgende formule: K=(E1+E2*p/g)/p+(B1+B2)/b+P1+(P2+P3)*c*t+P4/g Hierin zijn: K: Kosten per product E1: Werkvoorbereidingskosten E2: Voorbereidingskosten gereedschap B1: Kosten logistiek B2: Totale stelkosten per batch P1: Materiaalkosten P2: Machinekosten per tijdseenheid P3: Loonkosten per tijdseenheid P4: Gereedschapskosten p: Totaal (verwacht) aantal producten van betreffend product b: Aantal producten per batch, batchgrootte c: Aantal benodigde productiestappen per product t: Gemiddelde cyclustijd (s) per productiestap g: Levensduur gereedschap CYCLUSTIJD Een ander belangrijke factor die meedoet in het totale kostenplaatje is de cyclustijd. Bij rubberpersen wordt er vaak in eerste instantie uitgaan van een cyclustijd van 1,5 tot 2 minuten. Met wat vakkennis kan vaak in een oogopslag een nauwkeurigere inschatting worden gegeven. Omdat de cyclustijd van veel factoren afhankelijk is en de seriegrootte over het algemeen laag is, is het vaak niet de moeite waard om veel moeite te steken in het preciezer inschatten van de cyclustijd. De volgende factoren hebben grote invloed op de cyclustijd: machinetijd (M), diepte breedte verhouding (DB), complexiteit (C), grootte (G), seriegrootte (S) en een grote krimpflens (GKf). 19

20 De machinetijd is de tijd dat de matrijs heen en weer beweegt onder de pers en de pers zelf naar beneden en naar boven gaat. Bij de machines van Phoenix is er een minimale machinetijd van 45 seconden. Meestal word de druk op zijn hoogste punt 3 tot 5 seconden aangehouden. Producten kunnen aardig complex worden. Dit wordt hier vooral gedefinieerd als grootte interne dieptebreedte verhoudingen. Bij grote producten wordt de plaat vaak met tape vastgezet, zodat deze niet gaat schuiven. Bij een grootte diepte breedte verhouding komen er veel extra dingen kijken. Er wordt meestal extra rubber in gedaan om toch voldoende druk in de hoeken te kunnen opbouwen. Afhankelijk van de seriegrootte kunnen dit stukken oude slijt mat/rubber balletjes of op maat gemaakte stukken rubber zijn. Om gelijkmatige rek te krijgen worden er soms meerdere persgangen gedaan. Bijvoorbeeld twee, met eerst een lage druk (bv 90 N) en vervolgens een hoger druk (bv 350N). Om te zorgen dat het product niet vacuüm om het rubber heen komt te zitten, worden er soms kleine plastic slangetjes gedeeltelijk over het product en gedeeltelijk over de mal gelegd. Als er extra veel rek is over een bepaald stuk wordt het soms ook ingevet. Ook worden er soms stukjes plastic folie ingelegd. Als er een grote krimpflens is, wordt er om plooivorming te onderdrukken ook wel eens een stuk hard plastic overheen gelegd. Hij word hier gedefinieerd als de radius (breedte verhouding?) of dikte? Al deze extra stappen kosten natuurlijk tijd, maar hoeveel? Om deze vraag zonder ervaring te kunnen beantwoorden is een formule opgesteld. Let wel op dat deze formule door ons team empirisch bepaald is en dat het te alle tijden slechts een schatting blijft. L0 L1 L2 L3 G [mm] < > DB <0,2 0,2 0,4 0,4 0,5 0,5> GKf Geen een twee drie C Niet Beetje Redelijk Veel Tabel 1: De levels in de formule Voor de variabelen vul je level 0,1 of 2 in. Alleen de machinetijd is hoger (voor Phoenix is het 45). In de tabel staat wanneer je wel level moet kiezen. Voorbeelden voor de cyclustijd van productvormen naar complexiteit en grootte: Simpel: 1 minuut. Groot: 1,6 minuten. Diep: 4,1 minuten. Complex: 2 minuten. Diep, Groot en Complex: 5,7 minuten. Het mag duidelijk zijn (zie ook voorbeeld 1) dat er nog heel wat uitzonderingen (en extremen) zijn op deze schatting. En ook dat met meer tijd de formule verder verfijnd kan worden om betere uitkomsten te krijgen bij een grotere variatie producten. 20

21 Figuur 15 Voorbeeld 1: Onderdeel design meubel 1. Afspuiten van de mat 2. Afspuiten product 3. Positioneren product 4. Aftepen 5. Slangetjes erop 6. 1 e persing 7. Rubber ballen erin 8. 2 e persing Cyclustijd: 7 minuten 21

22 NABEWERKINGEN Een van de voordelen van rubberpersen is dat er al oppervlaktebehandelingen aan het plaatmateriaal gemaakt kunnen worden voordat de plaat vervormd wordt. Echter, niet alle behandelingen kunnen tegen de rek en stuik die tijdens het persen optreden. Daarom is het goed om te kijken naar welke behandelingen mogelijk zijn nadat de vorm van het product geperst is. In het algemeen kun je verschillende soorten nabewerkingen van metalen onderscheiden: een laag van een ander soort materiaal aanbrengen (meestal een metaal), textuur/oppervlakte bewerken, een verf/chemische laag aanbrengen en het verharden van het metaal door een warmtebehandeling of ion implantatie. Kortom, toevoegen, veranderen of weghalen van het metaal in het originele product. In CES EduPack 2010 zijn vele verschillende nabehandelingen te vinden. Naar deze behandelingen kijkend zijn er grofweg gezien dus twee hoofddoelen van nabewerkingen. Het verbeteren van de materiaaleigenschappen, al dan niet plaatselijk zoals aan het oppervlak, en het verfraaien van het product. Verderop in dit stuk zullen de belangrijkste principes worden toegelicht. HARDEN VAN EEN METAAL Harder maken van metaal Figuur 16 Figuur 17 Een metaal bestaat uit allemaal kleine deeltjes. Door alle bewerkingen die een stuk metaal ondergaan voordat het een product wordt kan ervoor zorgen dat die kleine deeltjes op een zodanige manier staan gerangschikt dat de mechanische eigenschappen van het product afnemen. Door verwarming (meest gebruikte proces, maar er bestaan ook andere manieren) kan er een nieuwe ordening ontstaan waardoor onder andere interne spanningen verdwijnen. 22

23 LAAG VAN EEN METAAL AANBRENGEN Laag metaal aanbrengen Bij veel verschillende materialen is het mogelijk om een laag van een metaal aan te brengen aan de op de buitenste laag van een product of onderdeel. Er vallen vele voordelen te halen met deze technieken. Het hele product krijgt nu namelijk een laag met de eigenschappen van het aangebrachte metaal. Zo kunnen de krasbestendigheid, kleurvastheid, resistentie tegen verschillende (weers ) omstandigheden enzovoorts op een product worden toegepast met het behoud van de voordelen van het originele product. Een bijkomend voordeel is dat het product het uiterlijk krijgt van het toegepaste metaal. Meestal draait het toepassen van deze processen om een kostenbesparing door lagere materiaal en/of productiekosten, gewichtsbesparing of het vereenvoudigen van de productie. VERFLAAG AANBRENGEN Verflaag Figuur 18 Figuur 19 Soms zijn er producten waarvan de gebruikte materialen een bepaalde kleur ( combinatie) moeten krijgen. Vaak is dit mogelijk tijdens de productie, denk aan het spuitgieten van een gekleurd kunststof product. Echter, soms is dit lastig of zijn de kosten zo hoog dat het niet rendabel is om zo vroeg in de productie toe te passen. Ook kan het zijn dat er op bepaalde onderdelen een beschermende laag moet. Hier komt het aanbrengen van een verf of laklaag kijken. Ook hier zijn weer verschillende technieken en methoden toe te passen. In de autoindustrie wordt bijvoorbeeld het onderdompelen van de producten in een verfbad waar met behulp van spanningsverschillen een egale laag blijft zitten toegepast. Er zijn ook verscheidene methoden die van warmte gebruik maken tijdens of na het aanbrengen van een laag. Elke methode heeft zijn eigen specifieke toepassingen en voor en nadelen. 23

24 BEWERKEN VAN OPPERVLAKTE/TEXTUUR Textuur aanpassen Figuur 20 Deze laatste groep verandert als enige niets aan de eigenschappen van het product op het uiterlijk na. In metalen zijn verschillende motieven aan te brengen aan de buitenkant. Veelal word dit machinaal gedaan, maar deze kan ook met de hand. Een andere optie is juist weer alle oneffenheden wegwerken aan het oppervlak door te polijsten. Metalen zullen hierdoor (tijdelijk) gaan glanzen wat een product duidelijk anders laat ogen. 24

25 PRODUCT. Nu het proces beschreven is, kan er een product worden ontworpen. Van te voren waren er een aantal ideeën zoals een lamp, een puzzelspel, een laptopstandaard enz. Uiteindelijk is het een badkamer meubel geworden met twee wasbakken. Het proces biedt heel veel mogelijkheden qua vormvrijheid. Er is gekozen om zoveel mogelijk van deze voordelen te benutten. Het rubberpersen geeft de mogelijkheid tot ribbels mee te persen. Het Idee is om met die ribbels de waterstroom te beïnvloeden. Met dit idee in het achterhoofd is er een simpel programma van eisen (PVE) op gesteld. PROGRAMMA VAN EISEN: FUNCTIES: Water weggelijden, gebruiker moet droog blijven bij gebruik kraan, water moet tijdelijk vast gehouden kunnen worden (scheren of kleding wassen), hygiëne moet goed zijn, resistent tegen (heet) water, zepen en schoonmaakmiddelen VEILIGHEID: Geen gevaar voor gebruiker; hoeken afgerond, geen onnodig uitstekende onderdelen. Wasbak mag niet te heet worden bij gebruik warm water. ONDERHOUD: makkelijk schoon te houden weinig bacteriën vasthouden OMGEVING: Moet te vervoeren zijn tot in de badkamer (trap, deur auto?) Water in de wasbak en leunen van gebruiker moet ondersteund kunnen worden zonder vervorming van de wastafel MATEN: 2 personen naast elkaar, armen breed : ±2m Afstand tot muur maximaal armlengte van een kort persoon: ±50cm ECONOMISCH: Seriegrootte rond de honderd (100): niche markt, productiekosten maximaal 50% van verkoopprijs, ESTHETISCH: (Combinatie van geometrisch en organische vormen.) Modern(industrieel), organisch en geometrisch gecombineerd, en luxe ontwerp. SUSTAINABILITY: Bij gebruik hout keurmerk. Het materiaal van de wasbak moet volledig recyclebaar zijn. Niet meer dan 20% materiaalverlies tijdens productie. 25

26 GEBRUIK: Bij spiegeling van licht mag dit niet fel in de ogen worden weerkaatst. Geen significant verschil in links en rechts ; redelijk symmetrisch in gebruik. DOELGROEP De doelgroep zijn mensen die wat meer geld over hebben voor een badkamer meubel. Mensen die zich willen onderscheiden door net iets anders te doen dan de meeste mensen. Het product zal niet in een doorsnee bouwmarkt te vinden zijn. Over het algemeen zijn het mensen met een boven modaal inkomen, tussen de 40 en 60 jaar. Zij houden van een moderne strakke sfeer in het huis, en willen dus geen overbodige tierelantijnen. SCHETSEN Vanuit de PVE en doelgroep zijn er schetsen gemaakt. Zie het figuur hieronder. Figuur 21 26

27 COLLAGE Door de schetsen is er meer inzicht gekomen hoe het product eruit moet komen te zien qua vorm en functie. Om dit te verduidelijken is er een collage gemaakt. UITLEG VAN COLLAGE Figuur 22 In de collage is ten eerste geprobeerd te sfeer uit te beelden. Te zien zijn de hout kleuren, die weergeven dat het meubel een natuurlijke sfeer zal krijgen. Deze natuurlijke uitstraling zal worden gecombineerd met de strakke, industriële uitstraling van RVS. Linksonder is een gebouw te zien die de juiste vorm weer geeft. Het gebouw heeft een organische vorm met ribben. Deze vorm willen we evenaren in ons product. 27

28 CONCEPT Hieruit is een concept gekomen en is uitgewerkt in SolidWorks. Figuur 23 Hierboven zijn een aantal afbeeldingen te zien van het uitgewerkt concept. Links onder is het afgebeeld samen met het houten meubel. Hierin is het contrast van de natuurlijke hout uitstraling en de industriële sfeer van de wasbak goed te zien. De kranen worden ingekocht en zijn watervalkranen. Deze zorgen voor een mooie rustige waterstroom. Wanneer het water de wasbak in komt wordt het water gebroken door de ribbels. In dit deel van het verslag wordt het concept verder uitgewerkt met de materiaaltoekenning, kosten, cyclustijd, nabewerking en afmetingen. 28

29 DETAILS Figuur 24 Figuur 25 29

30 MATERIAAL SPECIFIEKE MATERIAALEISEN AAN DE PRODUCTVORM Het doel is om een rubbergeperste, metalen design wastafel die bij Phoenix geproduceerd wordt op de markt te brengen. Allereerst is er uiteraard gezocht of iets dergelijks al bestaat. Voor wastafels in de badkamer worden echter nauwelijks metalen gebruik. Enkel voor spoelbakken en keukens komen metalen voor. Echter, deze producten zijn vaak diepgetrokken vanwege de grote dieptrekverhouding. Materiaaltechnisch zijn hier kort genoemd de volgende redenen hiervoor: Beperkte lengte diepteverhouding rubberpersen: hierdoor wordt voor metalen vaak dieptrekken gebruikt. Kleine maximaal rendabele productie oplage: boven de stuks per jaar is dieptrekken voordeliger. Corrosiegevoeligheid metalen: hierdoor heeft keramiek vaak de voorkeur boven metalen. Koude uitstraling van metalen: als metalen nog onbewerkt zijn hebben ze vaak een ruw oppervlakte. Bovendien voelen ze vaak koud aan. Dit spreekt mensen niet aan voor een wastafel. Onderhoudsgevoeligheid: veel metalen moeten opgepoetst worden om glanzend te blijven en behandeld worden om onbekrast te blijven. Qua materiaalkeuze is het doel dus om een metaal te vinden dat meerwaarde biedt boven een wastafel van keramiek en zich bovendien leent voor het productieproces, vereiste nabewerkingen en de specifieke productvorm. De te ontwerpen productvorm is een dubbelgekromde, complexe vorm die door de vele verschillende buigradii voor de vele handmatige berekeningen vereenvoudigd zal moeten worden tot meerdere basisvormen (zie figuur 26). Het zal waarschijnlijk ook in meerdere stappen gerubberperst moeten worden. De moeilijkheden die in het keuzeproces waarschijnlijk een rol spelen met oog op de bijbehorende materiaaleisen zijn: Hoge treksterkte: groot materiaaloppervlakte leidt tot een hoge benodigde persdruk. Het product moet op de grote pers van Phoenix met een persdruk van 8000 ton geperst worden. Hier moet het materiaal van het product tegen bestand zijn zodat het niet scheurt. Hoge breukrek: plaatselijk zal het materiaal zeer ver opgerekt worden. Het materiaal mag hier niet scheuren, dus is een hoge breukrek vereist. De plaatselijke maximale rekken ε₁ en ε₂ moeten binnen het oppervlakte van de Grensvervormingskromme van het materiaal vallen. Hoge dwarscontractiecoefficient + hoge maximale uittrekking: door de vele concentrische buigradii treedt er plaatselijk afwisselend zowel een grote rek als krimp (stuik) op. De plaatselijke vervormingen zijn dus zeer groot. Ook hier moet het materiaal tegen bestand zijn. Eisen aan (de slijtlaag van) het rubberkussen: omdat er hoge mechanische eisen aan het materiaal worden gesteld, zal het materiaal onder een hoge druk moeten worden vervormd. Deze druk wordt via de perskoffer en het rubberkussen overgedragen aan de metaalplaat. Het rubberkussen moet dus erg stug zijn omdat het zelf niet plastisch moet vervormen, maar aan de andere kant mag het niet zo hard zijn dat het materiaal bekrast wordt. Figuur 26: Een algemene Grensvervormingskromme (links) vereenvoudigingsprincipe voor De vorm van onze wastafel. met mogelijk ongewenste bijeffecten (rechts). de complexe rubberpersvorm. 30