Noordhoff Uitgevers. Winschoterdiep 70A 9723 AB Groningen Postbus MB Groningen

Transcriptie

1 Noordhoff Uitgevers Winschoterdiep 70A 9723 AB Groningen Postbus MB Groningen t + 31 (0) f + 31 (0) ho@noordhoff.nl Geachte docent, Hartelijk dank voor uw interesse in Inleiding Techniek. Dit proefkatern geeft u een eerste indruk van deze nieuwe uitgave van Noordhoff Uitgevers. Benieuwd naar de inhoud en opzet van dit boek? Lees het in dit proefkatern! Het proefkatern geeft u een goed beeld van wat u kunt verwachten. Zodra Inleiding Techniek daadwerkelijk beschikbaar is (juni 2014), krijgt u deze uitgave uiteraard ook per post toegestuurd. Dan zal ook de ondersteunende website beschikbaar zijn. Hier vindt u te zijner tijd extra materiaal dat u kunt inzetten tijdens de colleges of als naslagwerk kunt gebruiken. Ook voor studenten is er aanvullend digitaal materiaal zoals oefenmateriaal en een begrippentrainer. De perfecte manier voor studenten om zich voor te bereiden op hun tentamen! Wellicht dat u naar aanleiding van het proefkatern nog vragen heeft. Neem in dat geval contact op met uw accountmanager. Hij of zij komt graag langs om deze uitgave of andere methoden van Noordhoff Uitgevers persoonlijk toe te lichten. Ook als u vragen heeft over Toets-op-maat de toetsenbank voor docenten van Noordhoff Uitgevers of ons overige digitale aanbod, kunt u altijd uw accountmanager benaderen. Veel succes gewenst met het maken van de juiste keuze! Met vriendelijke groet, Noordhoff Uitgevers Vragen? Neem contact op met uw accountmanager Regio Noord Oost Zuid West Accountmanager Alice Fähner Hans Sips Nino Adamo Karen van de Reep Telefoon a.fahner@noordhoff.nl h.sips@noordhoff.nl n.adamo@noordhoff.nl k.vandereep@noordhoff.nl _Marketing.indd 1 27/03/14 7:37 PM

2 246586_Marketing.indd 2 27/03/14 7:37 PM

3 Noordhoff Uitgevers bv Inleiding Techniek Een eerste kennismaking met het technisch domein door middel van reverse engineering Dirk Sijbesma Matthijs de Jong Menja Mollema-Reitsema Eerste druk Noordhoff Uitgevers Groningen/Houten 24_246586_TECHNOLOGY_FM.indd 1 3/28/14 2:32 PM

4 Noordhoff Uitgevers bv Ontwerp omslag: Rocket Industries, Groningen Omslagillustratie: Getty Images Eventuele op- en aanmerkingen over deze of andere uitgaven kunt u richten aan: Noordhoff Uitgevers bv, Afdeling Hoger Onderwijs, Antwoordnummer 13, 9700 VB Groningen, info@noordhoff.nl Aan de totstandkoming van deze uitgave is de uiterste zorg besteed. Voor informatie die desondanks onvolledig of onjuist is opgenomen, aanvaarden auteur(s), redactie en uitgever geen aansprakelijkheid. Voor eventuele verbeteringen van de opgenomen gegevens houden zij zich aanbevolen. 0 / Noordhoff Uitgevers bv Groningen/Houten, The Netherlands. Behoudens de in of krachtens de Auteurswet van 1912 gestelde uitzonderingen mag niets uit deze uitgave worden verveelvoudigd, opgeslagen in een geautomatiseerd gegevensbestand of openbaar gemaakt, in enige vorm of op enige wijze, hetzij elektronisch, mechanisch, door fotokopieën, opnamen of enige andere manier, zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van de uitgever. Voor zover het maken van reprografische verveelvoudigingen uit deze uitgave is toegestaan op grond van artikel 16h Auteurswet 1912 dient men de daarvoor verschuldigde vergoedingen te voldoen aan Stichting Reprorecht (postbus 3060, 2130 KB Hoofddorp, Voor het overnemen van gedeelte(n) uit deze uitgave in bloemlezingen, readers en andere compilatiewerken (artikel 16 Auteurswet 1912) kan men zich wenden tot Stichting PRO (Stichting Publicatie- en Reproductierechten Organisatie, postbus 3060, 2130 KB Hoofddorp, All rights reserved. No part of this publication may be reproduced, stored in a retrieval system, or transmitted, in any form or by any means, electronic, mechanical, photocopying, recording, or otherwise, without the prior written permission of the publisher. ISBN NUR 173 en _246586_TECHNOLOGY_FM.indd 2 3/28/14 2:32 PM

5 Noordhoff Uitgevers bv Woord vooraf In ons dagelijks leven spelen technische apparaten en producten een belangrijke rol. Je gebruikt deze apparaten en producten, maar je vraagt je zelden af wat er nodig is geweest voor de realisatie hiervan. Een scheerapparaat scheert, een broodrooster roostert en een kitspuit zorgt voor een gelijkmatige en vooral waterdichte voeg langs de rand van de douchebak. Populaire televisieprogramma s als How it s made, How do they do it, Extreme engineering en Megafactories geven een kijkje in de fabricage- en productieprocessen. Het proces van het genereren van een idee, het ontwikkelen, het ontwerpen en het construeren, dat voorafgaat aan het realiseren van deze producten, is minder makkelijk inzichtelijk te krijgen. Inleiding Techniek is een eerste kennismaking met het domein engineering. Het is bedoeld voor studenten van technische studies, leerlingen van het VO en iedereen die nieuwsgierig is naar de vakkennis van ontwerpers en technische specialisten binnen dit domein. Engineering is een breed vakgebied met complexe specialismen, die in onderlinge samenhang goed werkende producten kunnen opleveren. Dit boek laat deze samenhang zien op basisniveau. Daarmee wordt affiniteit met de professionals uit dit domein ontwikkeld en een basis gelegd voor eventuele verdere verdieping. Het is een praktisch boek met een centrale casus waarin een bestaand technisch product door middel van reverse engineering wordt onderzocht. Je analyseert de werking van het product, je beoordeelt de kwaliteit en je doet mogelijke verbetervoorstellen. Door de casus leer je de samenhang tussen verschillende specialismen ontdekken. De casus wordt ondersteund door drie delen waarin de benodigde kennis wordt behandeld: Technisch tekenen, Materiaalkunde en bewerkingsmethoden, en Toegepaste mechanica. Dit boek is samengesteld door ir. M.A. de Jong (HvA), ing. M. Mollema (HG) en ing. D. Sijbesma MeD (HG), alle drie docent Technische Bedrijfskunde. Bij het samenstellen van dit boek hebben de volgende overwegingen een belangrijke rol gespeeld: De aangeboden kennis moet een niveau hebben dat geschikt is voor studenten die geen voorkennis van het vakgebied hebben. Een beroepsgerelateerde casus wordt aangeboden die de samenhang en de toepassing van de aangeboden kennis duidelijk maakt. Affiniteit met techniek en motivatie voor verdere verdieping moeten worden ontwikkeld. 24_246586_TECHNOLOGY_FM.indd 3 3/28/14 2:32 PM

6 Noordhoff Uitgevers bv De auteurs stellen het zeer op prijs kritiek en suggesties te ontvangen die kunnen leiden tot verbetering. Groningen, juni 2013 Dirk Sijbesma Matthijs de Jong Menja Mollema-Reitsema 24_246586_TECHNOLOGY_FM.indd 4 3/28/14 2:32 PM

7 Noordhoff Uitgevers bv Inhoud Inleiding 7 De casus Reverse engineering 9 DEEL 1 Technisch tekenen 23 1 Projectiemethoden 25 2 Lijnsoorten 37 3 Maataanduidingen 47 4 Doorsneden 63 5 Bijzondere doorsneden 75 6 Schroefdraadaanduidingen 83 7 Aanduiding staalprofielen, gaten, klinknagels en bouten 93 8 Maattoleranties Ruwheidsaanduidingen Vorm- en plaatstoleranties Lasaanduidingen Veren Tandwielen Stuklijst _246586_TECHNOLOGY_FM.indd 5 3/28/14 2:32 PM

8 Noordhoff Uitgevers bv DEEL 2 Materiaalkunde en Bewerkingsmethoden Materialen: opbouw en eigenschappen Bepaling van materiaaleigenschappen Metalen Niet-metalen 239 DEEL 3 Toegepaste mechanica Statica De wetten van Newton toegepast Sterkteleer Het stramien van aanpak toegepast 337 Bijlage 1 Overzicht van gebruikte grootheden, eenheden en symbolen 356 Bijlage 2 Tabellen 358 Literatuurlijst 361 Illustratieverantwoording 362 Register 363 Over de auteurs _246586_TECHNOLOGY_FM.indd 6 3/28/14 2:32 PM

9 Noordhoff Uitgevers bv 7 Inleiding Ontwerpers en technische specialisten binnen het domein engineeringg ont- wikkelen producten vanaf het eerste idee tot de realisatie van het werkelijke product. Daarbij gaan ze uit van een voor de markt innovatief productidee (een nieuwe functie), via ontwikkeling (kan het wel?), naar het ontwerp (zo zou het moeten werken en er ongeveer uit gaan zien) en de constructie (dit onderdeel met deze functie moet volgens tekening precies zo gemaakt worden van dit materiaal), naar de uiteindelijke realisatie (fabricage en productie). Dit is een moeilijke weg, waar regelmatig stappen terug worden gezet als blijkt dat er bijvoorbeeld beperkingen zijn aan het gebruikte materiaal of dat de fabricage niet mogelijk is. Ten slotte zal het gedrag van de consument (de markt), die in de winkel misschien niet tevreden is over het uiterlijk of de prijs of later in het dagelijkse gebruik de werking vindt tegenvallen, het uiteindelijke succes van het idee bepalen. Om de samenhang tussen de verschillende specialismen waarmee een product tot stand komt te ontdekken, ga je uit van een bestaand product. Aan de hand van een gegeven plan van aanpak wordt deze samenhang stap voor stap onderzocht. Dit onderzoek wordt reverse engineering g genoemd en heeft als doel de precieze werking te achterhalen en de eisen waaraan het product probeert te voldoen af te leiden. Je stapt daarmee de denkwereld van de ontwerpers en technische specialisten binnen. De kennis en vaardigheden uit de delen Technisch tekenen, Materiaalkunde en bewerkingsmethoden, en Toegepaste mechanica pas je toe bij de uitvoering van het plan van aanpak. Bij engineeringg is de technische tekening een essentieel communicatiemid- del. Met een technische tekening definieer je exact de vorm van ieder onderdeel. Materialenkennis gebruik je om een materiaal te identificeren en daarmee de chemische, fysische, mechanische en fabricage eigenschappen te bepalen. Toegepaste mechanica gebruik je om controleberekeningen te maken over de sterkte en stijfheid van een onderdeel. Daarmee kun je uitspraken doen over het kwalitatief functioneren van het onderdeel. 24_246586_TECHNOLOGY_FM.indd 7 3/28/14 2:32 PM

10 8 Noordhoff Uitgevers bv Vertel het me en ik zal het vergeten, laat het me zien en ik zal het onthouden, laat het me ervaren en ik zal het me eigen maken. Confucius 24_246586_TECHNOLOGY_FM.indd 8 3/28/14 2:32 PM

11 Noordhoff Uitgevers bv 9 De casus Reverse engineering Voor de casus maken we gebruik van reverse engineering. Bij reverse engineering begin je met het kant-en-klare product en probeer je door onderzoek de overwegingen en keuzes van de ontwerpers van het product te achterhalen. Daarbij volg je in de omgekeerde richting de fasen van productontwikkeling waarmee het product tot stand is gekomen. Figuur 1 laat deze fasen zien: een bedrijf begint met het bepalen van de strategische koers en de doelen voor de toekomst, waarna innovatieve productide eën worden gegenereerd, ontwikkeld en via de distributiekanalen de markt ingevoerd en uiteindelijk, na aanschaf door de klant, gebruikt. Deze cyclus wordt de productinnovatiecyclus (Buys & Valkenburg, 2005) genoemd. FIGUUR 1 Productinnovatiecyclus (Buys & Valkenburg, 2005) Gebruik Productgebruik Invoeren Koers bepalen Evaluatie product Evaluatie gebruik Strategische productpositie Ontwikkelen Doel bepalen Evaluatie Reverse engineering begint met de fase Gebruik. Wanneer we deze fase nader bekijken, zien we in figuur 1 dat Evaluatie product en Evaluatie gebruik centraal staan. Door deze evaluaties keren we via Invoeren terug naar de fase Ontwikkelen en krijgen we inzicht in de overwegingen en keuzes van de ontwerpers en technisch specialisten. 24_246586_TECHNOLOGY_FM.indd 9 3/28/14 2:32 PM

12 10 Noordhoff Uitgevers bv Het bedrijfsleven gebruikt reverse engineering om eigen producten met behulp van gebruikersfeedback te verbeteren. Ook een nieuw product van de concurrent wordt met reverse engineering onderzocht om bijvoorbeeld de precieze interne werking te achterhalen of inzicht te krijgen in de toegepaste materialen en fabricagetechnieken. Altijd met als achterliggende gedachte: van de concurrent kan je leren. Octrooien en eigendomsrechten spelen in dit proces natuurlijk een belangrijke rol. VOORBEELD Het handvat van een zaklamp (prijs 1,10) is gemaakt van de kunststof PVC, zie figuur 2. Het heeft, volgens een tekening, bepaalde afmetingen. Het is door spuitgieten gefabriceerd en moet in een worstcase-gebruikssituatie een handkracht van maximaal 100 N over kunnen brengen naar de lamp- en batterijhouder. Uit berekeningen van sterkte blijkt dat dit onderdeel niet sterk genoeg is. Reverse engineering is hiermee een feitelijke vaststelling van de producteigenschappen. De conclusie is dat het onderdeel kwalitatief onvoldoende is om tijdens gebruik goed te functioneren (vanwege de kans op buiging en breuk). FIGUUR 2 Handvat van PVC Reverse engineering kan eindigen met een verbeteradvies aan de ontwerpers. Voor het handvat kan een grotere wanddikte of een sterker materiaal worden geadviseerd. 24_246586_TECHNOLOGY_FM.indd 10 3/28/14 2:33 PM

13 Noordhoff Uitgevers bv 11 Met dit verbeteradvies wordt de onderlinge samenhang tussen de verschillende producteigenschappen duidelijk. Deze samenhang is in figuur 3 weergegeven: de prijs-kwaliteitverhouding van het handvat (functie) wordt bepaald door lengte, breedte en dikte (vorm), de eigenschappen van PVC (materiaal) en de toegepaste spuitgietbewerkingen (fabricage). FIGUUR 3 Samenhang tussen de producteigenschappen vorm prijs & kwaliteit materiaal functie fabricage Wanneer wordt besloten het advies over te nemen en bijvoorbeeld aluminium als materiaal voor een sterker handvat toe te passen, heeft dat consequenties voor de fabricagemethode, de vormgeving en uiteindelijk de prijs-kwaliteitverhouding. Plan van aanpak Dit plan van aanpak helpt je stap voor stap reverse engineering toe te passen. Door de analyse van een product wordt de interne werking duidelijk, kun je verklaren welke materialen zijn toegepast en waarom, kun je beschrijven hoe de onderdelen zijn gefabriceerd en kun je door berekening de kwaliteit van het product vaststellen. De stappen worden aan de hand van het voorbeeld van een kitspuit steeds toegelicht. 24_246586_TECHNOLOGY_FM.indd 11 3/28/14 2:33 PM

14 12 Noordhoff Uitgevers bv Deelopdracht 1 Bepaal de producteigenschappen 1.1 Beschrijf de algemene toepassing van het product VOORBEELD Een kitspuit is een gereedschap dat wordt gebruikt voor het kitten van naden en het aanbrengen van lijm, zie figuur 4. In de kitspuit wordt een patroon geplaatst dat door knijpende bewegingen op de handvatten wordt leeggedrukt. Het kitpatroon heeft een tuit, waarmee de kit gecontroleerd uitgespoten wordt. FIGUUR 4 Kitspuit 1.2 Beschrijf de algemene werking VOORBEELD Door met de hand in beide handvatten te knijpen zal het scharnierende handvat door de knijpkracht naar het vaste handvat bewegen, zie figuur 5. Door de hefboomwerking van het scharnierende handvat wordt de handkracht versterkt en via het kantelplaatje op de drukstang doorgegeven aan de zuiger in het kitpatroon. Door deze kracht ontstaat in de kit een overdruk, waardoor deze door de tuit naar buiten stroomt. 24_246586_TECHNOLOGY_FM.indd 12 3/28/14 2:33 PM

15 Noordhoff Uitgevers bv 13 FIGUUR 5 Gevolg van knijpen in beide handvatten drukstang kantelplaatje scharnierend handvat 1.3 Beschrijf een realistische worstcase-gebruikssituatie Een realistische worstcase-gebruikssituatie beschrijft wat de gebruiker bij normaal gebruik met het product als slechtst denkbare situatie kan overkomen. Een kwalitatief goed product moet ook dan blijven functioneren. VOORBEELD Door uitdroging van de kit in de spuitmond raakt deze verstopt. Wanneer dan door de gebruiker hard wordt geknepen in de handvatten ontstaat een realistische worstcase-gebruikssituatie. De maximale knijpkracht van een volwassen man bedraagt 450 N (bron: Webb, Londen, 1989). 1.4 Test en meet de werking VOORBEELD Het scharnierende handvat draait om de klinknagel die verbonden is met het vaste handvat, zie figuur 6. Uit de verhouding tussen de afstanden a en b van het handvat kan worden afgeleid dat de versterking van de handkracht door de hefboomwerking ongeveer een factor 4 bedraagt. Dit betekent dat met een knijpkracht van 450 N een kracht van = 1800 N wordt uitgeoefend op het kantelplaatje en via de drukstang wordt doorgegeven op de zuiger in het kitpatroon. Uit proefneming blijkt dat door stevig knijpen bij een door een krachtopnemer geblokkeerde drukstang, de krachtopnemer een kracht van plusminus 1600 N registreert. 24_246586_TECHNOLOGY_FM.indd 13 3/28/14 2:33 PM

16 14 Noordhoff Uitgevers bv FIGUUR 6 Draaipunt draaipunt a b F ha De realistische worstcase-gebruikssituatie wordt vastgesteld op 450 N knijpkracht. Deelopdracht 2 Demonteer het product 2.1 Demonteer het product tot enkelvoudige onderdelen De sterkte van een ketting wordt bepaald door de zwakste schakel. Dit geldt ook voor andere producten: het product faalt wanneer een onderdeel bezwijkt als gevolg van de worstcase-gebruikssituatie. Daarom is het noodzakelijk alle enkelvoudige onderdelen te analyseren. VOORBEELD Om de kitspuit te demonteren is het nodig een uiteinde van de klinknagel waarmee het scharnierende handvat is gemonteerd te verwijderen. Dat kan door te boren of te vijlen. Vervolgens kan de klinknagel worden uitgenomen. Ook het frame van de kitspuit bestaat uit een aantal geklonken en gelaste verbindingen die moeten worden losgemaakt. Zo wordt de kitspuit uit elkaar gehaald totdat de enkelvoudige onderdelen overblijven. 2.2 Stel de stuklijst samen met naam en stuknummer VOORBEELD Hoewel veel bedrijven een eigen standaard voor de stuklijst van een technische tekening hanteren, bestaan er ook NEN-ISO normen voor. In figuur 7 zie je een voorbeeld van een stuklijst voor de kitspuit. 24_246586_TECHNOLOGY_FM.indd 14 3/28/14 2:33 PM

17 Noordhoff Uitgevers bv 15 FIGUUR 7 Voorbeeld van een stuklijst voor de kitspuit ENZOVOORT 03 1 SCHARN. HANDVAT S185 DIKTE 1,2 mm 02 1 DRUKSTANG S185 ROND 8 mm 01 1 TREKSTANG S185 DIKTE 2 mm STUK-NR AANTAL BENAMING MATERIAAL EN/OF HALFFABRIKAAT NORMAANDUIDING OF AFMETING OPMERKING RUWHEID VOLGENS NEN 630 MAATTOLERANTIES VOLGENS NEN 2365 VORM- EN PLAATSTOLERANTIE VOLGENS NEN 3311 SCHAAL 1:2 GETEKEND: OPMERKINGEN MAATEENHEID: MM AFDELING: DATUM: GEZIEN: BENAMING: KITSPUIT NUMMER 001 FORMA AT A4 Opmerking: bij een voorwerp dat uit een groot aantal onderdelen bestaat, kan vanaf deelopdracht 3 een verdeling worden gemaakt tussen verschillende groepsleden van het projectteam. 24_246586_TECHNOLOGY_FM.indd 15 3/28/14 2:33 PM

18 16 Noordhoff Uitgevers bv Deelopdracht 3 Analyseer de onderdelen 3.1 Beschrijf de functie van elk onderdeel (figuur 8) FIGUUR 8 Kitspuit met toelichting eindring drukschijf duwstang trekstang KNIJPKRACHT KNIJPKRACHT VOORBEELD: DE TREKSTANG (STUK NR. 01) Wanneer de drukschijf aan het uiteinde van de drukstang het kitpatroon naar voren duwt, wordt het kitpatroon tegengehouden door de eindring. De twee trekstangen verbinden de eindring met het hoofdframe. De functie van deze twee trekstangen is de eindring positioneren en de kracht op de eindring verbinden met het hoofdframe. Deze kracht werkt als een trekkracht op elke trekstang. 24_246586_TECHNOLOGY_FM.indd 16 3/28/14 2:33 PM

19 Noordhoff Uitgevers bv Maak van elk onderdeel een technische tekening in Amerikaanse projectie VOORBEELD In figuur 9 is de trekstang in een technische tekening vastgelegd. FIGUUR 9 Technische tekening trekstang φ 5 (2 ) 8 12, TREKSTANG S185 DIKTE 2 mm STUK-NR AAN-TAL BENAMING MATERIAAL EN/OF HALFFABRIKAAT NORMAANDUIDING OF AFMETING OPMERKING RUWHEID VOLGENS NEN 630 MAATTOLERANTIES VOLGENS NEN 2365 VORM- EN PLAATSTOLERANTIE VOLGENS NEN 3311 SCHAAL 1:2 GETEKEND: OPMERKINGEN MAATEENHEID: MM AFDELING: DATUM: GEZIEN: BENAMING: TREKSTANG NUMMER 001 FORMAAT A4 24_246586_TECHNOLOGY_FM.indd 17 3/28/14 2:33 PM

20 18 Noordhoff Uitgevers bv 3.3 Identificeer de materiaalsoort van elk onderdeel en de ingekochte leveringsvorm VOORBEELD In het materialenlaboratorium is de trekstang met een trekbank beproefd. De resultaten zie je in figuur 10. De trekstang begint plastisch te vervormen bij een trekkracht van N en breekt na het bereiken van de maximale kracht van N. FIGUUR 10 Resultaten trekbank Kracht (N) 8100 N 4700 N Rek (mm) Uit de tekening blijkt dat de afmetingen van de trekstang 12,5 2 mm (volle strip) bedragen. Daarmee bedraagt het totale oppervlak van doorsnede van de trekstang 2 12,5 = 25 mm 2. De trekspanning (σ t ) als gevolg van de trekkracht van 4700 N in de trekstang wordt berekend met de formule σ t = F (N/mm 2 ). De elasticiteitsgrens van het materiaal bedraagt dan A = 188 N/mm. De maximale treksterkte bedraagt = 324 N/mm. De trekstang heeft magnetische eigenschappen en 25 voldoet daarmee aan de criteria van staal S185 (Fe310-0). 3.4 Bepaal de relevante mechanische eigenschappen en bewerkingseigenschappen VOORBEELD Staal S185 is voor algemene toepassingen en heeft de volgende specificaties: Maximale treksterkte R m 290 N/mm 2, Elasticiteitsgrens R e 185 N/mm 2, rek bij breuk 10%, goed verspanend bewerkbaar, buigbaar en lasbaar. 24_246586_TECHNOLOGY_FM.indd 18 3/28/14 2:33 PM

21 Noordhoff Uitgevers bv Stel de worstcase-situatie voor elk onderdeel vast vanuit de realistische worstcase-gebruikssituatie uit opdracht 1.4 VOORBEELD De functie van de twee trekstangen is de kracht van 1800 N op de eindring verbinden met het hoofdframe. De trekstangen worden dan elk door een trekkracht belast van = 900 N. 3.6 Controleer de sterkte van elk onderdeel VOORBEELD Wanneer de trekstang nader wordt bekeken, blijkt de kritische doorsnede zich bij het eerste gat te bevinden waar een nagel de trekstang aan het hoofdframe verbindt (eventuele breuk van de trekstang zal hier plaatsvinden). In de trekstang bevindt zich in deze kritische doorsnede A A een gat van 5 mm, zoals in figuur 11 te zien is. FIGUUR 11 Kritische doorsnede A-A Kritische Doorsnede A-A De kritische doorsnede A A is getekend in figuur 12. Het oppervlak (gearceerd) dat de kracht overdraagt bedraagt 12,5 2 (volle strip) minus 5 2 (het gat). In totaal bedraagt dit oppervlak A = 15 mm 2. De trekspanning ( σ t ) als gevolg van de trekkracht van 900 N op het oppervlak A van de doorsnede is berekend met de formule σ t = F (N/mm ). Ingevuld blijkt dat σ A t = = 60 (N/mm 2 ). 15 Deze optredende trekspanning van 60 N/mm 2 blijkt veel lager te zijn dan de elasticiteitsgrens van 185 N/mm 2 (zie opdracht 3.4). FIGUUR 12 Doorsnede A-A Doorsnede A-A 12,5 Ø 5 2 Conclusie: dit onderdeel is voldoende sterk. 24_246586_TECHNOLOGY_FM.indd 19 3/28/14 2:33 PM

22 20 Noordhoff Uitgevers bv 3.7 Evalueer de kwaliteit per onderdeel (conclusies en aanbevelingen per onderdeel) VOORBEELD Uit de berekening van opdracht 3.6 blijkt dat het onderdeel ongeveer drie maal sterker is dan noodzakelijk. Om redenen van stijfheid en robuustheid wordt aanbevolen het onderdeel niet te wijzigen. Opmerking: deelopdracht 3 wordt voor alle onderdelen uit de stuklijst herhaald. Deelopdracht 4 Evaluatie van het product Evalueer het gehele product aan de hand van een samenstellingstekening door kwalitatieve conclusies te trekken en eventuele aanbevelingen te doen. VOORBEELD Alle onderdelen zijn in staat de worstcase-gebruikssituatie aan te kunnen. Wel is geconstateerd dat het beweegbare handvat met veel speling scharniert in het hoofdframe. Als enig verbeterpunt wordt dan ook geadviseerd het gat in het hoofdframe en het gat in het beweegbare handvat een kleinere tolerantie te geven ten opzichte van de verbindende aluminium klinknagel; zie figuur 13. FIGUUR 13 Gaten in hoofdframe en beweegbaar handvat gat klinknagel 24_246586_TECHNOLOGY_FM.indd 20 3/28/14 2:33 PM

23 Noordhoff Uitgevers bv 21 Deelopdracht 5 Eindrapportage Stel de eindrapportage samen. VOORBEELD Hieronder zie je het voorbeeld van een inhoudsopgave. Voorwoord Samenvatting Inhoudsopgave Hoofdstuk 1 Inleiding Hoofdstuk 2 Producteigenschappen van de kitspuit Inleiding 2.1 Toepassing 2.2 Algemene werking 2.3 Realistische worstcase-gebruikssituatie 2.4 Krachtenwerking in de worstcase-gebruikssituatie 2.5 De stuklijst Hoofdstuk 3 Analyse per onderdeel Inleiding en opzet onderstaande hoofdstukken 3.1 Trekstang. Stuknummer Functie van de trekstang Werktekening de trekstang Materiaalsoort en relevante mechanische eigenschappen Worstcase-gebruikssituatie voor de trekstang Sterkte-analyse de trekstang Conclusies en aanbevelingen de trekstang 3.2 Drukstang. Stuknummer Scharnierend handvat. Stuknummer 03 Enzovoort Hoofdstuk 4 Evaluatie kitspuit 4.1 Inleiding 4.2 Samenstellingstekening 4.3 Conclusies en aanbevelingen 24_246586_TECHNOLOGY_FM.indd 21 3/28/14 2:33 PM

24 22 Noordhoff Uitgevers bv Een technische tekening zegt meer dan duizend ingenieurs kunnen vertellen. Dirks Leerdoelen Na bestudering van deel 1 kun je: aan de hand van een technische tekening volgens Amerikaanse projectie je een duidelijk beeld vormen van het getekende onderdeel; aanduidingen van schroefdraad, gaten, nagels, bouten, lassen, veren en tandwielen herkennen; de maten, toleranties, materiaalaanduidingen en eventuele bijschriften interpreteren; een technische tekening van een eenvoudig onderdeel opzetten. 01_246586_TECHNOLOGY_DEEL 1_CH01.indd 22 27/03/14 2:32 PM

25 Noordhoff Uitgevers bv 23 DEEL 1 Technisch tekenen 1 Projectiemethoden 25 2 Lijnsoorten 37 3 Maataanduidingen 47 4 Doorsneden 63 5 Bijzondere doorsneden 75 6 Schroefdraadaanduidingen 83 7 Aanduidinggaten, klink - nagels en bouten 93 8 Maattoleranties Ruwheidsaanduidingen Vorm- en plaatstoleranties Lasaanduidingen Veren Tandwielen Stuklijst 149 Het deel Technisch tekenen is bedoeld om je de normalisatie van de technische tekening eigen te maken. In het dagelijks leven maak je regelmatig gebruik van voorwerpen die in of om een ander voorwerp moeten passen. Denk bijvoorbeeld aan de schroefdraad van spaar- of ledlampen of een fietsband die precies om de velg van het wiel moet passen. Om dit mogelijk te maken is de normalisatie ingevoerd, waardoor fabrikanten de precieze vorm en afmetingen kennen van de te produceren artikelen. In vrijwel alle apparaten zijn genormaliseerde onderdelen verwerkt. Deze onderdelen kunnen dus altijd worden vervangen, ook door onderdelen die door een andere fabrikant zijn gemaakt. Bij reverse engineering wordt een onderdeel van een bestaand product opgemeten, het materiaal bepaald en onderzocht hoe het is gefabriceerd. Met deze gegevens kan het onderdeel in een werktekening worden vastgelegd en een kopie ervan in de werkplaats vervaardigd. 01_246586_TECHNOLOGY_DEEL 1_CH01.indd 23 27/03/14 2:32 PM

26 36 Noordhoff Uitgevers bv 02_246586_TECHNOLOGY_CH02.indd 36 27/03/14 3:43 PM

27 Noordhoff Uitgevers bv 37 2 Lijnsoorten 2 Begrenzingslijn 38 Streeplijn 38 Hulplijnen 38 Maatlijnen 38 Hartlijn 38 Symmetrielijn 38 02_246586_TECHNOLOGY_CH02.indd 37 27/03/14 3:43 PM

28 38 DEEL 1 TECHNISCH TEKENEN Noordhoff Uitgevers bv In technische tekeningen worden verschillende soorten lijnen gebruikt, zoals streeplijnen, hulplijnen en maatlijnen. In dit hoofdstuk maak je kennis met de diverse lijnsoorten. 2 In een technische tekening heeft elke lijnsoort een bepaalde betekenis. In figuur 2.1 zie je een aantal van deze lijnen. Met begrenzingslijnen geven we de begrenzingen van de zichtbare delen van een voorwerp aan. Zij worden dik getrokken en steken dus goed af ten opzichte van alle andere lijnsoorten. FIGUUR 2.1 Enkele lijnsoorten De streeplijn, die uit korte streepjes bestaat, wordt uitsluitend gebruikt voor het aangeven van niet-zichtbare begrenzingen van het voorwerp. Zij worden dunner getekend dan de begrenzingslijnen. Voor het aangeven van de maten gebruik je hulplijnen en maatlijnen. Deze worden dun getekend. Je ziet direct dat deze lijnen geen begrenzingslijnen zijn. Aan de uiteinden van een maatlijn worden twee pijltjes of twee schuine streepjes geplaatst. Daartussen wordt boven of naast de maatlijn de maat ingeschreven. In de techniek zijn veel onderdelen of gedeelten daarvan symmetrisch. Een voorwerp is symmetrisch als het zo doormidden gesneden kan worden dat er twee delen overblijven die elkaars spiegelbeeld zijn. De plaats waar je het voorwerp moet doorsnijden om de delen symmetrisch te doen zijn, geeft je in een tekening aan met een zogenaamde hartlijn of symmetrielijn. Om deze hartlijn te onderscheiden van de andere soorten lijnen is hij getekend als een dunne gemengde streeplijn (figuur 2.2). Om het midden van een cirkelvormig vlak aan te geven trek je twee hartlijnen loodrecht op elkaar. Het snijpunt van deze hartlijnen is het middelpunt van de cirkel (figuur 2.3). Het is vaak nodig dat een voorwerp in doorsnede wordt getekend om te kunnen zien hoe het er vanbinnen uitziet. De plaats waar het voorwerp is doorgesneden wordt in een van de aanzichten aangegeven met een dunne gemengde streeplijn, die aan beide einden verdikt is getekend (figuur 2.4). 02_246586_TECHNOLOGY_CH02.indd 38 27/03/14 3:43 PM

29 Noordhoff Uitgevers bv LIJNSOORTEN 39 FIGUUR 2.2 Hartlijn FIGUUR 2.3 Middelpunt 2 FIGUUR 2.4 Plaats van de doorsnede Door de doorsnijding is het voorwerp verdeeld in twee delen, die eventueel verschillend van vorm kunnen zijn. Tegen welke doorgesneden kant je aankijkt, wordt aangegeven door de richting van de pijltjes die tegen de doorsnedelijn zijn getekend. Bij de pijltjes worden letters geplaatst, bijvoorbeeld A-A. Dezelfde letters worden herhaald bij de doorsnede. In de tekening wordt het doorgesneden materiaal gearceerd (voorzien van dunne schuine lijntjes onder een hoek van 45 ). 02_246586_TECHNOLOGY_CH02.indd 39 27/03/14 3:43 PM

30 40 DEEL 1 TECHNISCH TEKENEN Noordhoff Uitgevers bv 2 Lange werkstukken die over het grootste gedeelte gelijk van vorm zijn, worden doorgaans niet in hun geheel getekend. Je tekent dan alleen het begin en het einde ervan en laat het tussenliggende gedeelte weg. Je geeft dit aan door de beide einden met een dunne golflijn te begrenzen (figuur 2.5) of met een dunne lijn met zigzags (figuur 2.6). De dunne gemengde streeplijn met dubbele onderbreking wordt bijvoorbeeld gebruikt om uiterste standen van bewegende delen aan te geven (figuur 2.7). Tabel 2.1 geeft een overzicht van de lijnsoorten en hun toepassingen. FIGUUR 2.5 Dunne golflijn FIGUUR 2.6 Dunne lijn met zigzags FIGUUR 2.7 Uiterste standen 02_246586_TECHNOLOGY_CH02.indd 40 27/03/14 3:43 PM

31 Noordhoff Uitgevers bv LIJNSOORTEN 41 TABEL 2.1 Overzicht lijnsoorten BENAMING GETEKENDE LIJN VOORBEELDEN VAN TOEPASSING dikke lijn zichtbare begrenzingslijnen dunne lijn denkbeeldige snijlijnen, maatlijnen, hulplijnen, aanhaallijnen, arceringen, begrenzingslijnen van gekantelde aanzichten en van gekantelde doorsneden, korte hartlijnen, vouw- of zijlijnen dunne gegolfde lijne of dunne lijn met zigzags afbreeklijnen van gedeeltelijke aanzichten en van gedeeltelijke doorsneden 2 dikke streeplijn of dunne streeplijn dunne gemengde streeplijn dunne, plaatselijk verdikte gemengde streeplijn dikke gemengde streeplijn dunne gemengde streeplijn met dubbele onderbreking niet-zichtbare begrenzingslijnen hartlijnen, symmetrielijnen, banen van bewegende punten doorsnijdingsvlakken opmerking: de lijn moet aan de uiteinden en bij verandering van richting worden verdikt aanduiding van gedeelten van oppervlakten: met een aanvullende of een afwijkende behandelinjg of bewerking begrenzingslijnen van aangrenzende delen, uiterste en tussenliggende standen van bewegende delen, zwaartelijnen, begrenzingslijnen van gedeelten van werkstukken vóór vervorming begrenzingslijnen die vóór de doorsnede liggen. 02_246586_TECHNOLOGY_CH02.indd 41 27/03/14 3:43 PM

32 42 Noordhoff Uitgevers bv Oefenopgaven _246586_TECHNOLOGY_CH02.indd 42 27/03/14 3:43 PM

33 Noordhoff Uitgevers bv LIJNSOORTEN _246586_TECHNOLOGY_CH02.indd 43 27/03/14 3:43 PM

34 44 DEEL 1 TECHNISCH TEKENEN Noordhoff Uitgevers bv _246586_TECHNOLOGY_CH02.indd 44 27/03/14 3:43 PM

35 Noordhoff Uitgevers bv LIJNSOORTEN _246586_TECHNOLOGY_CH02.indd 45 27/03/14 3:43 PM

36 154 Noordhoff Uitgevers bv Men kan geen ijzer met handen breken Nederlands spreekwoord Betekenis: niemand is in staat het onmogelijke te doen 15 Leerdoelen: Na bestudering van deel 2 kun je: aangeven hoe materialen zijn opgebouwd en waarom ze verschillen; van enkele materiaaleigenschappen aangeven hoe ze bepaald worden en waarom ze belangrijk zijn voor het fabriceren en functioneren van producten; een verantwoorde materiaalkeuze maken; data in grafieken en tabellen interpreteren; eenvoudige berekeningen uitvoeren; communiceren met specialisten in het vakgebied. 15_246586_TECHNOLOGY_DEEL 2_CH15.indd /03/14 2:54 PM

37 Noordhoff Uitgevers bv 155 DEEL 2 Materiaalkunde en Bewerkingsmethoden Materialen: opbouw en eigenschappen Bepaling van materiaaleigenschappen Metalen Niet-metalen 239 De bedoeling van dit deel is om je inzicht te geven in de verschillen tussen een aantal materialen en de toepassingen ervan. De verschillen tussen materialen komen tot uiting in hun eigenschappen. Daarom wordt in dit deel nader ingegaan op welke eigenschappen materialen kunnen hebben, waardoor die ontstaan, hoe je ze kunt bepalen en vooral wat je ermee kunt doen. Dit deel begint met de opbouw van de materie. Er zijn eigenlijk maar 90 bouwstenen waarmee je alles kunt maken wat bestaat op deze wereld en wat je kunt aanraken. Afhankelijk van hoe die bouwstenen aan elkaar zitten, gedragen de materialen zich verschillend. In hoofdstuk 16 wordt beschreven welke eigenschappen materialen kunnen hebben. Het blijkt dat als je een stukje materiaal kapot trekt en tijdens die proef meet hoe lang het stukje wordt en hoeveel kracht je daarvoor moet zetten, je heel goed belangrijke eigenschappen van dat materiaal kunt bepalen. In hoofdstuk 17 worden de metalen behandeld. Het bekendste metaal is ijzer, dus daar wordt een gedeelte van de theorie aan opgehangen. Tot slot worden in hoofdstuk 18 de kunststoffen en technische keramieken behandeld. Hoe zijn ze opgebouwd, hoe maak je ze, wat zijn de verschillen en wat kun je ermee doen? 15_246586_TECHNOLOGY_DEEL 2_CH15.indd /03/14 2:54 PM

38 156 Noordhoff Uitgevers bv 15_246586_TECHNOLOGY_DEEL 2_CH15.indd /03/14 2:54 PM

39 Noordhoff Uitgevers bv Materialen: opbouw en eigenschappen Atomen en hun bindingen 15.2 Indeling van materialen 15.3 Materiaaleigenschappen 15.4 Grootheden, eenheden en symbolen Atoom 158 Element 158 Periodiek systeem 160 Edelgas 161 Valentie-elektron 161 Ion 161 Kristalrooster 161 Metaalbinding 161 Covalente binding 162 Molecuul 162 Edelgasconfiguratie 163 Ionbinding 163 Vanderwaalskracht 165 Aggregatietoestand 165 Corrosie 171 Grootheid 173 Eenheid 173 Symbool 173 Dimensieanalyse 173 Conversiefactor _246586_TECHNOLOGY_DEEL 2_CH15.indd /03/14 2:54 PM

40 178 Noordhoff Uitgevers bv 16_246586_TECHNOLOGY_CH16.indd /03/14 1:37 PM

41 Noordhoff Uitgevers bv Bepaling van materiaaleigenschappen Trekkromme 16.2 Eigenschappen af te lezen uit de trekkromme 16.3 Hardheid en kerfslagwaarde 16.4 NDO: non-destructief onderzoek Kracht-uitrekkingdiagram 181 Elastische vervorming 182 Plastische vervorming 182 Faalgrens 182 Spanning 184 Rek 184 Spanning-rekdiagram 184 Trekkromme 184 Elasticiteitsmodulus 185 Youngs modulus 186 Wet van Hooke 186 Vloeisterkte 187 Vloeigrens 187 Elasticiteitsgrens 187 Reksterkte 187 Rekgrens 187 Treksterkte 187 Breekrek 188 Hardheid 190 Kerfslagwaarde _246586_TECHNOLOGY_CH16.indd /03/14 1:37 PM

42 Noordhoff Uitgevers bv BEPALING VAN MATERIAALEIGENSCHAPPEN 185 FIGUUR 16.7 Van het kracht-uitrekkingdiagram naar het spanning-rekdiagram (N) F N mm 2 F A 0 Kracht-uitrekkingdiagram Afhankelijk van de afmetingen van de proefstaaf Spanning-rekdiagram Onafhankelijk van de afmetingen van de proefstaaf 16 l l 0 (mm) l l 0 ( ) l 0 TOEPASSING 16.1 Op een ronde proefstaaf met een begindiameter d 0 = 8 mm wordt een trekkracht uitgeoefend van 18 kn. Bereken de nominale spanning. De oppervlakte of doorsnede van de proefstaaf is: π A = ( d 0 ) π = 50, 3 mm. 4 4 De nominale spanning wordt dan: σ 0 = F = A0 50, N mm 2. Eigenschappen af te lezen uit de trekkromme Uit de trekkromme kun je onder andere aflezen hoe elastisch het onderzochte materiaal is, of hoe sterk of hoe taai. Ook is eruit af te lezen hoeveel kracht er moet worden gezet om het materiaal definitief te vervormen. In deze paragraaf worden vijf verschillende materiaaleigenschappen besproken die kunnen worden bepaald met behulp van de trekkromme van een materiaal Elasticiteitsmodulus E De elasticiteitsmodulus E is een grootheid die aangeeft hoe elastisch het materiaal is. Als op een materiaal een kracht wordt uitgeoefend, dan noem je de vervorming elastisch als het materiaal, nadat er geen kracht meer op wordt uitgeoefend, terugkeert naar zijn beginafmetingen. Zoals uitgelegd in paragraaf 16.1 geldt dit alleen in het begin van de trekkromme, dus alleen in dat stuk waar de trekkromme een rechte lijn is. Als je maar weinig kracht (en dus een lage spanning σ 0 ) nodig hebt om het materiaal ver uit te rekken, dan loopt het begin van de trekkromme vrij vlak. Heb je daarentegen veel kracht (en dus een hoge spanning σ 0 ) nodig om het materiaal maar een klein stukje uit te rekken, dan loopt het begin van de trekkromme vrij steil. Kennelijk is de hellingshoek van de lijn een maat voor hoe elastisch het materiaal is. 16_246586_TECHNOLOGY_CH16_1.indd /03/14 4:02 PM

43 186 DEEL 2 MATERIAALKUNDE EN BEWERKINGSMETHODEN Noordhoff Uitgevers bv 16 De hellingshoek van een rechte lijn tussen twee punten wordt ook wel de richtingscoëfficiënt genoemd. Uit de wiskunde weet je dat je die kunt berekenen door in de grafiek het verschil van de y-coördinaten van die twee punten te delen door het verschil van de x-coördinaten. Er geldt dus: richtingscoëfficiënt = Δy. In de trekkromme staat langs de y-as de spanning Δ x σ 0 en langs de x-as de rek ε. Dus geldt hier: richtingscoëfficiënt Δ σ0 Δε en die verhouding wordt de elasticiteitsmodulus genoemd. Het symbool voor deze grootheid is E. Deze wordt ook wel Young s modulus genoemd, terwijl de formule E = Δ σ 0 bekendstaat als de wet van Hooke. Δε Deze wet van Hooke kom je ook wel tegen als E = tan α, waarbij α de hel- lingshoek van het eerste stuk van de trekkromme is. Uit de wiskunde weet je dat de tangens van een hoek in een driehoek wordt gegeven door de lengte van de overstaande zijde te delen door de σ aanliggende zijde. Uit figuur 16.8 wordt duidelijk dat E = tan α = Δ Δε0. ε Een hoge waarde van E betekent dat het materiaal weinig elastisch is. Het materiaal wordt dan stijf genoemd. Een materiaal met een lage waarde van E is wel elastisch en wordt slap genoemd, zie figuur In subparagraaf is aangegeven dat een heel hoge waarde van E betekent dat het materiaal vrijwel niet elastisch (en dus heel stijf ) is. FIGUUR 16.8 Wet van Hooke: E = maar ook: E = tan α (Mpa) σ 0 Δσ 0 Δε Δσσ 0 α Δε ε ( ) FIGUUR 16.9 Stijf of slap materiaal (Mpa) σ Stijf Δσσ stijf Δεε stijf Δεε slap ε Slap Δσσ slap ( ) 16_246586_TECHNOLOGY_CH16_1.indd /03/14 4:02 PM

44 Noordhoff Uitgevers bv BEPALING VAN MATERIAALEIGENSCHAPPEN Vloeisterkte R e De vloeisterkte is de grootheid die aangeeft bij welke spanning het einde van de elastische vervorming is bereikt en dus de plastische vervorming begint. De R e wordt ook wel vloeigrens of elasticiteitsgrens genoemd. Als op de vloeigrens de kracht wordt weggenomen, veert het materiaal nog net terug tot zijn oorspronkelijke afmetingen. Het is een theoretische waarde. Precies op dat punt begint het eerste atoom zich te herschikken ten opzichte van zijn buuratoom. In figuur 16.4 is het de overgang tussen gedeelte I en gedeelte II. In de trekkromme geeft de R e daarmee het punt aan waar de rechte lijn stopt en begint af te buigen, zie figuur Je leest de waarde van de vloeisterkte af op de verticale as van de trekkromme, waar de spanning in N/mm 2 is uitgezet. De eenheid van R e is daarom ook N/mm 2 of, zoals is uitgelegd in Toepassing 16.1, MPa. In berekeningen vind je R e door F e de kracht die nodig is voor het bereiken van het einde van elastisch gebied F te delen door A 0, de oorspronkelijke oppervlakte: Re = e. Ook hieruit blijkt A0 de eenheid van kracht per oppervlak: N/mm 2. Als R e een hoge waarde heeft, dan wordt het materiaal stug genoemd. Een lage waarde van R e is kenmerkend voor een week materiaal Reksterkte R 0,2 De reksterkte of rekgrens is de grootheid die aangeeft bij welke spanning de plastische vervorming 0,2% is. De hierboven beschreven vloeisterkte is een theoretische waarde, de reksterkte is eenvoudiger te bepalen. Als de kracht op de proefstaaf wordt gestopt, veert het materiaal nog wel een stukje terug, maar niet meer tot zijn oorspronkelijke afmetingen: het is definitief plastisch vervormd en wel 0,2% ten opzichte van de beginsituatie. In de trekkromme wordt de R 0,2 dus niet meer op het rechte stuk afgelezen, maar op het minder stijgende stuk, zie figuur Let erop dat het stukje terugveren na het wegnemen van de kracht (voorgesteld door de stippellijn evenwijdig aan het rechte stuk) de rek 0,2% is. In berekeningen vind je R e door F 0,2 de kracht nodig voor het bereiken van 0,2% plastische vervorming te delen door A 0, de oorspronkelijke oppervlakte: R0,2 = F 0, 2. A0 Net als R e heeft de R 0,2 de eenheid N/mm 2 of MPa. Het zal duidelijk zijn dat in waarde de R 0,2 en de R e niet veel van elkaar verschillen. Wel is de R 0,2 altijd groter dan de R e. Beide grootheden worden naast elkaar en soms ook door elkaar gebruikt. Om dezelfde reden worden de begrippen rekgrens en vloeigrens ook door elkaar gebruikt Treksterkte R m De treksterkte is de grootheid die aangeeft bij welke spanning de inscheuring van de proefstaaf begint. Het is dus niet het punt waarop de proefstaaf uiteindelijk breekt! De treksterkte vind je op het hoogste punt van de trekkromme, zie figuur In figuur 16.4 is het de overgang tussen gedeelte II en gedeelte III. De treksterkte is een maat voor hoe sterk een materiaal is. Een hoge waarde voor de treksterkte is kenmerkend voor een sterk materiaal, een materiaal met een lage treksterkte wordt zwak genoemd. In berekeningen vind 16_246586_TECHNOLOGY_CH16_1.indd /03/14 4:02 PM

45 188 DEEL 2 MATERIAALKUNDE EN BEWERKINGSMETHODEN Noordhoff Uitgevers bv je R m door F m, de kracht nodig voor het laten beginnen van de inscheuring, F te delen door A 0, de oorspronkelijke oppervlakte: Rm = m. Net als R A e en R 0 0,2 heeft R m de eenheid N/mm 2 of MPa. FIGUUR Aflezen vloeisterkte R e 16 (Mpa) σ 0 R e σ 0 ε ( ) FIGUUR Aflezen reksterkte R 0,2 (Mpa) σ 0 ε ( ) FIGUUR Aflezen treksterkte R m (Mpa) σ 0 ε ( ) Breekrek δ De breekrek is de grootheid die aangeeft hoe taai een materiaal is. Op het moment dat de proefstaaf breekt, veren beide helften nog een stukje terug. Als je ze vervolgens tegen elkaar legt (dat past altijd precies), kun je de lengte na breuk (l max ) opmeten, zie figuur De breekrek is de procentuele verlenging ten opzichte van de beginlengte l 0. Die bereken je dan volgens: l l δ = max 0 100% l0 In de trekkromme teken je de terugvering na breuk door vanaf het breekpunt een stippellijn evenwijdig aan het rechte stuk te tekenen. Dit is het 16_246586_TECHNOLOGY_CH16_1.indd /03/14 4:02 PM

46 Noordhoff Uitgevers bv BEPALING VAN MATERIAALEIGENSCHAPPEN 189 stuk dat de helften nog terugveren nadat ze los van elkaar gekomen zijn. De breukrek lees je dan in procenten af op de horizontale as, zie figuur De breekrek wordt ook wel rek na breuk genoemd. Als symbool zie je naast de δ ook wel de hoofdletter A, soms ook A5. 5 Dat is verwarrend, want de A wordt ook al gebruikt als symbool voor de oppervlakte. Opletten dus! Een materiaal met een grote breekrek wordt taai genoemd. Heeft het materiaal een kleine breekrek, dan is het bros. 16 FIGUUR Bepaling beginlengte en maximale lengte l o l max FIGUUR Aflezen breekrek δ (Mpa) σ 0 δ ε ( ) TOEPASSING 16.2 Een massieve ronde koperen proefstaaf heeft een begindiameter van 12 mm en een beginlengte van 120 mm. Bij een uitgeoefende trekkracht van 7,9 kn wordt de vloeigrens bereikt en is de proefstaaf 120,066 mm lang. De maximale trekkracht is 22,6 kn. Bereken: de vloeigrens; de rek op de vloeigrens; de elasticiteitsmodulus; de treksterkte. Voor de berekening van de vloeigrens is eerst de beginoppervlakte van de proefstaaf nodig: A 2 π d = 0 π = 113, 1 mm F De vloeigrens wordt dan: Re = e = A0 113, 1 70 N mm 2. De rek op de vloeigrens is: l l ε = 0 120, , 066 mm = = = 055, 1 l mm _246586_TECHNOLOGY_CH16_1.indd /03/14 4:02 PM

47 190 DEEL 2 MATERIAALKUNDE EN BEWERKINGSMETHODEN Noordhoff Uitgevers bv Voor de berekening van de elasticiteitsmodulus is het handig het laatste punt van de rechte lijn te gebruiken, dat is de vloeigrens. Hier geldt nog net de wet van Hooke. Omdat de trekkromme in de oorsprong begint, geldt 16 Δσσ 0 = 70 0 = 70. Ook geldt dat Δε = 055 3, 10 0 = 055, Daarmee Δσ wordt de elasticiteitsmodulus: E = 0 70 N = Δε 3 055, 10 mm 2. De treksterkte wordt ten slotte gevonden door: F Rm = m N = 200 A0 113, 1 mm 2. Hardheid en kerfslagwaarde Zowel de hardheid als de kerfslagwaarde zijn eigenschappen die van belang zijn voor de verwerking en de toepassing van een materiaal. In deze paragraaf wordt toegelicht hoe je deze kunt bepalen Hardheid De hardheid van een materiaal is de weerstand die dat materiaal biedt tegen het indringen van een voorwerp. Als je met een hard stalen kogeltje gedurende een bepaalde tijd met een bepaalde kracht op het oppervlak van een materiaal drukt, dan blijft er na afloop een kuiltje achter, zie figuur In een zacht materiaal zal een dieper kuiltje achterblijven dan in een hard materiaal. FIGUUR D Kuiltje ten gevolge van indrukking met een kogel F d Bron: Quak, 2009 De diepte van het kuiltje is daarmee een maat voor de hardheid. Afhankelijk van de methode zijn er verschillende indruklichamen die gebruikt worden om de hardheid van een materiaal te bepalen, zie figuur De hardheidsmeting volgens Brinell maakt gebruik van een rond kogeltje van gehard staal of wolfraamcarbide. Standaard wordt een kogeltje met een diameter van 10 mm gedurende 15 seconden met 3000 N in het te onderzoeken materiaal gedrukt. Het resultaat wordt aangegeven met bijvoorbeeld 245HB10/3000/15. In de laatste drie getallen herken je 10 mm, 3000 N en 15 seconden. Vaak wordt deze toevoeging weggelaten. HB staat voor Hardheid Brinell en de eerste drie cijfers geven de gemeten waarde aan. 16_246586_TECHNOLOGY_CH16_1.indd /03/14 4:02 PM

48 202 Noordhoff Uitgevers bv 17_246586_TECHNOLOGY_CH17.indd /03/14 1:36 PM

49 Noordhoff Uitgevers bv Metalen Zuiver ijzer 17.2 Fe-C-diagram 17.3 Hoogovenproces 17.4 Ferrometalen 17.5 Non-ferrometalen 17.6 Verbetering van eigenschappen van metalen 17.7 Vormgeving van metalen Curiepunt 205 Elementaircel 206 Ferriet 208 Krg-rooster 209 Austeniet 209 Cementiet 209 Kvg-rooster 209 Eutecticum 209 Eutectoïde 210 Dislocatie 210 Perliet 211 Ductiliteit 217 Grafietcluster 219 Lamellen 220 Nodulen 220 Magnalium 223 Ontlaten 225 Carboneren 226 Nitreren 226 Carbonitreren _246586_TECHNOLOGY_CH17.indd /03/14 1:36 PM

50 238 Noordhoff Uitgevers bv 18_246586_TECHNOLOGY_CH18.indd /03/14 1:36 PM

51 Noordhoff Uitgevers bv Niet-metalen Kunststoffen 18.2 Thermoplasten 18.3 Thermoharders 18.4 Elastomeren 18.5 Composieten 18.6 Keramieken Monomeer 240 Polymeer 240 Macromolecuul 240 Homopolymeer 240 Copolymeer 240 Thermoplast 242 Thermoharder 242 Elastomeer 242 Vulkaniseren 242 Compounderen 244 Glasovergangstemperatuur 246 Kristallijn 246 Amorf 246 Composiet 256 Sinteren 258 Hardmetaal _246586_TECHNOLOGY_CH18.indd /03/14 1:36 PM

52 266 Noordhoff Uitgevers bv Niets is zo praktisch als een goede theorie. Kurt Lewin Leerdoelen Na bestudering van deel 3 kun je: gebruikmaken van de formules voor sterkte en stijfheid en daarmee de vorm, functie, materiaal, fabricage en kwaliteit van een eenvoudig product of voorwerp analyseren; het stramien van aanpak toepassen en aan de hand daarvan realistische en kwalitatieve uitspraken doen over de sterkte en stijfheid van een product of voorwerp; kwalitatieve verbetervoorstellen doen voor wat betreft vorm, functie, materiaal en fabricage van een product of voorwerp. 19_246586_TECHNOLOGY_DEEL 3_CH19.indd /03/14 1:35 PM

53 Noordhoff Uitgevers bv 267 DEEL 3 Toegepaste mechanica 19 Statica De wetten van Newton toegepast Sterkteleer Het stramien van aanpak toegepast 341 Met kennis van toegepaste mechanica maak je controleberekeningen voor sterkte en stijfheid en kun je uitspraken doen over het kwalitatief functioneren van een onderdeel. Bij de analyse van een onderdeel wordt ervan uitgegaan dat alle krachten die op het onderdeel werken met elkaar in evenwicht zijn. Statica vormt daarom ook een belangrijke basis. Om te testen of de basiskennis van statica ook aanwezig is, worden de staticawetten toegepast in hoofdstuk 20. In hoofdstuk 21 wordt verder ingegaan op de sterkteleer. Daarbij zijn twee vragen belangrijk: is het onderdeel sterk genoeg, zodat het niet zijn functie verliest doordat er vervorming of breuk optreedt, en is het belaste onderdeel stijf genoeg, zodat het niet zijn functie verliest doordat het onderdeel te ver doorbuigt? Deze twee vragen kunnen beantwoord worden door controleberekeningen uit te voeren. Deze controleberekeningen kunnen zeer complex zijn. Daarom sluit hoofdstuk 21 af met een stramien van aanpak van vraagstukken over sterkte en stijfheid. Hoofdstuk 22 geeft vervolgens uitgewerkte voorbeelden waarin het stramien van aanpak wordt toegepast. 19_246586_TECHNOLOGY_DEEL 3_CH19.indd /03/14 1:35 PM

54 Noordhoff Uitgevers bv STERKTELEER 331 Stramien van aanpak van vraagstukken over sterkte en stijfheid In de voorgaande hoofdstukken heb je gezien dat een uitwendige belasting op een voorwerp ervoor zorgt dat er inwendig spanningen optreden die vormverandering veroorzaken. Wat je niet wilt, is dat deze vormverandering ertoe leidt dat het voorwerp zijn functie niet meer kan vervullen. Anders gezegd: de inwendige spanning in het voorwerp mag de toelaatbare spanning niet overschrijden: σ σ. Om dit te controleren kun je binnen de sterkteleer controleberekeningen doen. Deze controleberekeningen kunnen zeer complex zijn. Het stramien van aanpak geeft een systematische methode om specifieke vraagstukken van sterkte en stijfheid aan te pakken en op te lossen. Door het stramien te volgen is de kans klein om de weg kwijt te raken tijdens de controleberekeningen. Een bijkomend voordeel is dat de controleberekeningen ook inzichtelijk zijn voor anderen en voldoen aan de eisen van zorgvuldigheid en vakbekwaamheid (dit met het oog op productaansprakelijkheid). Het stramien van aanpak bestaat uit 6 stappen: Stap 1 Schematisering Stap 2 De uitwendige belastingen Stap 3 De inwendige belastingen Stap 4 De zwaarst belaste doorsnede Stap 5 De uitspraak over de sterkte Stap 6 De vervorming 21 Stap 1 Schematisering a Analyse van het belaste voorwerp. Welke krachten werken op het voorwerp en in welke richting werken deze krachten? b Teken op schaal een vereenvoudigde voorstelling van het belaste voorwerp. Stap 2 De uitwendige belastingen a Hoe wordt het voorwerp ondersteund? Roloplegging, scharnierpunt of inklemming? Bepaal de actie- en reactiekrachten. b Teken op schaal het VLS (vrijlichaamsschema). Let hierbij op de tekenafspraak. + c Stel de evenwichtsvergelijkingen op. De som van de horizontale krachten is nul: x = 0. De som van de verticale krachten is nul: y = 0. De som van de momenten is nul: = 0. d Bereken de uitwendige belastingen. e Teken de uitwendige belastingen in de VLS met maten voor de plaatsbepaling. f Controleer of er sprake is van evenwicht. Stap 3 De inwendige belastingen Houd je aan de tekenafspraak. Teken op schaal voor zover aanwezig: a de normaalkrachtenlijn; b de dwarskrachtenlijn; c de buigendemomentenlijn. 21_246586_TECHNOLOGY_CH21.indd /03/14 4:24 PM