bezwijksterkte bij trekbelasting

Transcriptie

1 Hoofdstuk 11: Materiaalaspecten Versie Materiaalkeuze - diagram Doelstelling van materiaalkeuze is een product maken, dat: aan alle eisen voldoet (mechanisch, chemisch, fysisch) zo weinig mogelijk materiaal- en productiekosten vergt. Deze 2 eisen hebben een relatie bij materiaalkeuze. Sterkte en dichtheid Bij veel constructies is de relatie sterkte en dichtheid (gewicht) erg belangrijk. Ook de prijs speelt een rol! Voor het begrip sterkte worden verschillende grootheden gehanteerd! Metalen en Polymeren: treksterkte Keramiek: druksterkte Elastomeren: afschuifsterkte Composieten: bezwijksterkte bij trekbelasting Het diagram Lijn A: Lijn B: Optimaal construeren op trek en druk (gelijke sterkte op trek en druk) Optimaal construeren op buigen en wringen (gelijke sterkte op buigen en wringen) Bekijk lijn A : hout even sterk als Al legering?! Zo eenvoudig ligt de optimale materiaalkeuze niet! Er spelen meer overwegingen een belangrijke rol, zoals: Overige eigenschappen (chemisch, fysisch) Bewerkbaarheid (technologisch) Prijs ROC van Twente 1 Materialenleer 2H11

2 11.2 Selectiemethode van Kesselring Kesselring wilde de materiaalkeuze uiterst systematisch aanpakken. Hierbij worden 6 stappen doorlopen: 1 specificatie, 2 globaal ontwerp, 3 globale materiaalkeuze, 4 voorlopige fabricagemethode, 5 selecteren, 6 kiezen. Elk alternatief (materiaal) krijgt een cijfer van 0 tot 4. ROC van Twente 2 Materialenleer 2H11

3 A i : ideaal A 4 : technisch goed maat veel te duur A 5 : zeer goedkoop maar technisch slecht A 1, A 2 en A 3 liggen dichter bij het ideaal Vloeibare en Plastische vormgeving Bij ontwerp wordt vaak gebruik gemaakt van halffabrikaten die door giet- of kneedprocessen zijn vervaardigd. Hierbij moet rekening worden gehouden met de beperkingen van vervaardigingsmethode en producteigenschappen. Dit kan door: geschikte materialen te kiezen; de vorm van het product aan te passen; overleg te plegen met de producent over mogelijkheden en onmogelijkheden. ROC van Twente 3 Materialenleer 2H11

4 Verschil vloeibare en plastische vormgeving: Vloeibare vormgeving: gietprocessen grofkorrelige structuur (lage sterkte en lage taaiheid) moeilijk lasbaar Plastische vormgeving: kneedprocessen Walsen, extruderen: langwerpige halffabrikaten (staf, buis, profiel) Smeden, warmpersen: onbewerkte producten 11.4 Vloeibare vormgeving en materiaalkeuze Materiaal is goed gietbaar als: het dunvloeibaar is; de smelttemperatuur laag is (eutectisch); de structuur fijnkorrelig is (eutectisch); het een kort stoltraject heeft (bijna - eutectisch). Materiaal Prijsindex Giet-temp Rm Gietijzer, lamellair C 300 N/mm² Gietijzer, nodulair C 600 N/mm² Gietstaal C 700 N/mm² ROC van Twente 4 Materialenleer 2H11

5 11.5 Vloeibare vormgeving en aanpassing ontwerp Om een gietproduct van voldoende sterkte te krijgen: Tip 1: Bij grijs gietijzer gebruik maken van hoge druksterkte t. o.v. treksterkte. Daarom a- symmetrisch construeren. Tip 2: Een hogere stijfheid wordt verkregen door: ribben, ruggen, gegolfde profielen (goed) een doosvormige constructie (beter) Tip 3: Open profielen zijn doosconstructies. wel gemakkelijker te gieten dan ROC van Twente 5 Materialenleer 2H11

6 Tip 4: Gebruik bij voorkeur lage, brede ribben i.p.v. hoge, smalle. Tip 5: Construeer met gesloten constructies (hoogste torsiestijfheid)) Om een gietproduct eenvoudiger te kunnen maken: Tip 1: Tevoren de deelvlakken van de gietvorm bepalen en lossend construeren. Vermijd grote horizontale vlakken in gegoten ligging. ROC van Twente 6 Materialenleer 2H11

7 Tip 2: Het aantal deelvlakken tot 1 beperken (2 gietkasten). Anders is machinaal vormen niet mogelijk. Tip 3: Zo mogelijk een vlakke deling kiezen. (lagere modelkosten en minder ruimte in gietkast) Tip 4: Gaten, waarvan hartlijnen niet haaks op deelvlak staan, niet ingieten. Achteraf boren is goedkoper. Tip 5: Verdikkingen voor bouten of aansluitstompen in de binnenzijde van het gietstuk opnemen. (makkelijker vormen / gieten) ROC van Twente 7 Materialenleer 2H11

8 Tip 6: Overal afrondingen toepassen i.v.m. uiterlijk, kerfwerking en wamte-afvoer bij stollen. Behalve op deelvlak (moet strak zijn) Tip 7: Zorg voor goede ontluchting van de kernen. Eventueel extra gaten in gietstuk aanbrengen. Tip 8: De kernen moeten goed ondersteund worden. Opwaartse kracht van instromend vloeibaar metaal is een veelvoud van massa kern. ROC van Twente 8 Materialenleer 2H11

9 Om een gietvorm beter te voeden: Tip 1: Zorg voor gerichte stolling. Grootste materiaaldoorsnede aan bovenzijde of deelvlak. Heuvercirkels zijn controlemiddelen. Tip 2: Plaatselijke materiaalophopingen vermijden: gelijkmatige wanddikten toepassen ruggen laten verspringen Tip 3: Uitsparingen op knooppunten aanbrengen, met kernen. ROC van Twente 9 Materialenleer 2H11

10 Tip 4: Gegolfde profielen toepassen i.p.v. ribben Tip 5: Naven van grote boringen voorzien (kamerkern) Tip 6: Vermijd grote horizontale vlakken of lange profielen. Tip 7: Ongelijke wanddikte geeft ongelijke afkoeling. Om een gietspanningen zo laag mogelijk te houden, moet er elastisch geconstrueerd worden: Tip 1: Gebruik gebogen vlakken of profielen. Tip 2: Gebruik een oneven aantal spaken. Tip 3: Ontwerp gelijkmatige wanddikten. ROC van Twente 10 Materialenleer 2H11

11 Tip 4: Laat ruggen verspringen. Tip 5: Scherpe overgangen in doorsnede vermijden. Maatnauwkeurigheid van het gietproduct. Deze wordt beïnvloed door: vervorming zandvorm bij loskloppen van gietmodel stabiliteit (zand)vorm + kernen krimpverschillen in het product Tip 1: Belangrijke maten in één vorm of kerndeel. Tip 2: Constructie zo compact mogelijk maken. Grootste maat gietproduct bepaalt maatnauwkeurigheid. ROC van Twente 11 Materialenleer 2H11

12 Grootste maat in GG [mm] Handgevormd nauwkeurigheid bewerkingstoeslag ± 2 3 ± 5 6 ± 7 10 Machinaal gevormd nauwkeurigheid bewerkingstoeslag ± 1 1,5 ± 2 3 ± 3 4 Tip 3: Kernen goed ondersteunen en lange kernen zoveel mogelijk verticaal plaatsen. Tip 4: Vermijd losse vormdelen en kerndelen Tip 5: Geef de maatinschrijving vanaf het vlak dat het eerst wordt nabewerkt. (referentie) Tip 6: Rekening houden met gietspanningen (vervorming) Verspaanbaarheid van het gietproduct. Tip 1: Kies de opspanpunten voor de eerste bewerking zodanig, dat ze in één vormhelft vallen. Tip 2: Niet spannen op conische vlakken! Tip 3: Maak gebruik van speciaal aangegoten nokken als spannen anders problemen geeft. Tip 4: Vermijd onderbroken sneden. Giethuid geeft veel beitelslijtage. ROC van Twente 12 Materialenleer 2H11

13 Tip 5: Geef extra toeslag op plaatsen waar harde randen (giethuid) te verwachten zijn. Uiterlijk van het gietproduct. Tip 1: Buitenzijde van product zo strak mogelijk ontwerpen. Verdikking aan binnenzijde aanbrengen. Tip 2: Vermijd delingen over vlakken die niet nabewerkt worden. Tip 3: Lossend ontwerpen! Tip 4: Indien van toepassing, een kraag toepassen. Past beter. ROC van Twente 13 Materialenleer 2H11

14 Prijs van het gietproduct. Tip 1: Eenvoudig ontwerpen. Hoe ingewikkelder hoe duurder! Tip 2: Compact ontwerpen. Grote vormkasten (veel zand en handling) zijn duurder. Tip 3: Het gebruik van kernen beperken. Tip 4: Geen materiaal uitsparen door ingewikkelde vorm. Gietmetaal is vaak veel goedkoper dan het extra uurloon. Tip 5: Niet alleen rekening houden met prijs van gietstuk maat ook met kosten van nabewerking. Tip 6: Vooraf overleg voeren met deskundigen van gieterij (maakbaarheid). Dit kan veel geld schelen. ROC van Twente 14 Materialenleer 2H11

15 11.6 Plastische vormgeving en materiaalkeuze Bij plastische vormgeving geeft men de voorkeur aan materialen met: een lage weerstand tegen vormverandering (Re) een groot stabiel plastisch gebied (omvormgebied). Rm Re Na het overschrijden van de piekspanning (boven Re) wordt het omvormen ingezet. De treksterkte Rm mag nooit worden overschreden! (begin van bezwijken) Warm omvormen (boven rekristallisatie-temperatuur): weerstand tegen vormverandering is sterk verlaagd; er kan rekristallisatie optreden (fijnere structuur is gunstig) Halfwarm omvormen (onder rekristallisatie-temperatuur): weerstand tegen vormverandering is verlaagd; er treedt geen rekristallisatie op. Omvormen zonder verwarming = koud omvormen. ROC van Twente 15 Materialenleer 2H11

16 Relatie: weerstand tegen vormverandering (K f ) en mate van vormverandering (φ). Warm omvormen: weerstand tegen vormverandering blijft gelijk. Koud omvormen: weerstand tegen vormverandering neemt toe. (tussentijds gloeien noodzakelijk) Ongelegeerde metalen bieden het minste weerstand tegen vormverandering. (zacht en taai) Bij ongelegeerd staal geldt: hoe hoger % C, hoe meer weerstand tegen vormverandering. En hoe kleiner het omvormgebied! ROC van Twente 16 Materialenleer 2H11

17 11.7 Forceren / Vloeidraaien Het geleidelijk omvormen van een draaiende vlakke schijf (blenk) tot een hol product. Forceren: Vloeidraaien: plaatdikte blijft gelijk plaatdikte wand wordt dunner dan bodem Handmatig Machinaal ROC van Twente 17 Materialenleer 2H11

18 ROC van Twente 18 Materialenleer 2H11

19 11.8 Koud omvormen ROC van Twente 19 Materialenleer 2H11

20 11.9 Walsen ROC van Twente 20 Materialenleer 2H11

21 ROC van Twente 21 Materialenleer 2H11

22 11.10 Smeden ROC van Twente 22 Materialenleer 2H11

23 ROC van Twente 23 Materialenleer 2H11

24 ROC van Twente 24 Materialenleer 2H11

25 ROC van Twente 25 Materialenleer 2H11

26 ROC van Twente 26 Materialenleer 2H11

27 ROC van Twente 27 Materialenleer 2H11

28 ROC van Twente 28 Materialenleer 2H11

29 ROC van Twente 29 Materialenleer 2H11

30 ROC van Twente 30 Materialenleer 2H11

31 ROC van Twente 31 Materialenleer 2H11

32 ROC van Twente 32 Materialenleer 2H11

33 ROC van Twente 33 Materialenleer 2H11

34 ROC van Twente 34 Materialenleer 2H11

35 ROC van Twente 35 Materialenleer 2H11

36 ROC van Twente 36 Materialenleer 2H11