Analyseren van een werktuigbouwkundig product. Luuk van Paridon

Transcriptie

1 Analyseren van een werktuigbouwkundig product Luuk van Paridon

2 De bandschuurmachine Auteur: Luuk van Paridon Locatie: Delft

3 1 Voorwoord Dit rapport is geschreven naar aanleiding van het project analyseren van een werktuigbouwkundig product. Ik ben Luuk van Paridon, een 20-jarige student werktuigbouwkunde aan de Haagse Hogeschool in delft. Deze opleiding duurt vier jaar en is voltijd. Mijn vorige opleiding is de Leidse instrumentmakers School (LiS) in leiden. Hierdoor heb ik al wat ervaring in de praktijk over dit vak. Ik wil mijn dank uitspreken naar Dhr. G. Docters van Leeuwen en M.N.M Kras voor het toekennen van dit mooie project. Daarnaast wil ik mijn dank uitspreken naar Dhr Tromp, J.P.M. en Dhr A. Borstelaar voor het begeleiden van dit project. Verder wil ik Wim Hoogland bedanken voor zijn voorbeeld rapport. Ook wil ik de Karwei bedanken voor het doneren van de bandschuurmachine. Dit rapport is opgesteld volgens het rapport over rapporteren format (Hoogland, Dik, & Brand, 2015).

4 2 Inhoud 1 Voorwoord Samenvatting Woordenlijst Symbolen lijst Inleiding Belanghebbenden en behoeften Probleemstelling Oriëntatie eisen en wensen Definitief PvE: Wensen: Functieboom Exploded view Functieblokschema Tekening bandschuurmachine onderdeel Inventor tekening D werktekening Overbrengingen in de bandschuurmachine Verbindingen in de bandschuurmachine Beschrijving materialen in de bandschuurmachine Nylon Plaatstaal Aluminium Synthetisch rubber Verenstaal Oriëntatie productietechnieken Spuitgieten Draaien Smeden/harden/polijsten Persen Wikkelen Verbeteringen aan de bandschuurmachine Conclusie Verwijzingen... 20

5 3 Samenvatting In deze analyse wordt uitgelegd hoe de bandschuurmachine opgebouwd is. In de eerste opdracht wordt er gekeken hoe de bandschuurmachine is opgebouwd, en ook waarom. Hierna is er gekeken naar de belanghebbende en hun behoeften. Er is een probleemstelling beschreven, en aan de hand daarvan is het PvE samengesteld. Vervolgens is er in de tweede opdracht één onderdeel van de bandschuurmachine getekend in 3D en 2D. In de derde opdracht worden de overbrengingen en verbindingstechnieken beschreven. Vervolgens is er in de laatste opdrachten onderzoek gedaan naar de materialen, en naar de gebruikte productietechnieken. Gedurende het project is het PvE aangepast. 4 Woordenlijst PvE: N.v.t. V-snaar: DC-motor: D.m.v. Pakket van eisen. Niet van toepassing. Een aandrijfriem. Direct current motor (gelijkstroommotor). Door middel van. 5 Symbolen lijst Ø Rondheid teken. mm Millimeter. ± Plus/minus. R Radius. 6 Inleiding Het eerste project genaamd, analyseren van een werktuigbouwkundig product, wordt voltooid in het eerste semester van de opleiding werktuigbouwkunde. Het doel van dit project is om een product (naar eigen keuze) te analyseren. Het product moet bewegende onderdelen bevatten, wordt gevoed door een stekker of accu, is draagbaar en kan thuis uit elkaar gehaald worden. In dit verslag wordt een bandschuurmachine geanalyseerd. Elke dag heeft iemand er wel mee te maken: schuren. Het schuren van je deur, een boot, kozijnen noem maar op. Wanneer dit allemaal met de hand geschuurd moet worden, zullen het lange dagen worden. Hiervoor is de bandschuurmachine ontwikkeld. Een bandschuurmachine is een elektronisch apparaat dat een schuurband aandrijft waardoor deze een automatische functie opbouwt. Deze schuurband worden aangedreven d.m.v. een DC-motor die een V-snaar aandrijft. Deze V-snaar zet de elektrische energie om naar mechanische energie, waardoor de schuurband wordt aangedreven. Gedurende dit project probeer ik erachter te komen wat de functie van de bandschuurmachine is. 5

6 7 Belanghebbenden en behoeften Bij de bandschuurmachine zijn er meerdere personen en organisaties die hierbij belangen hebben. Door deze belangen zijn er ook bepaalde behoeftes. Een overzicht van de belanghebbenden en hun behoeftes wordt weergeven in Tabel 1 (Oskam, Cowan, Hoiting, & Souren, 2012). Belanghebbenden Behoeften Consument - Vermindering van zware werkzaamheden. - Goede prijs/kwaliteit verhouding. Verkoper - Winst maken op het product. - Bedrijfsnaam opbouwen. - De klanten helpen aan het juiste product. Fabrikant - Winst maken. - Kwalitatief product leveren. - Reputatie opbouwen. - Duurzaam produceren. Vakbond - Het product moet veilig geproduceerd worden. - Werknemers werken onder de juiste omstandigheden. Keurende instantie - Het product mag geen draaiende onderdelen hebben in het bereik van de handen van de gebruiker. - Stof moet afgezogen worden. - Garantie van minimaal twee jaar. Tabel 1: Belanghebbenden en behoeften. (Oskam, Cowan, Hoiting, & Souren, 2012) 8 Probleemstelling Wanneer een stuk hout/metaal vervaardigd wordt komen er splinters/bramen tevoorschijn. Ook is het van belang dat oppervlaktes van materialen een glad of ruw oppervlak hebben. Een glad oppervlak is nodig om bijv. een mooi uiterlijk te krijgen, de bedoeling van een ruw oppervlak kan zijn voor een goede lijmverbinding van twee delen. De probleemstelling die hieruit volgt is dan: Ontwikkel een apparaat dat op verschillende snelheden oppervlaktes geautomatiseerd kan schuren. 9 Oriëntatie eisen en wensen In dit hoofdstuk worden de eisen en wensen van de opdrachtgever(s) en klanten toegelicht. Naar aanleiding van deze eisen en wensen zal er een product tot stand komen. Het product zal minimaal aan deze eisen voldoen. De eisen worden toegelicht in Tabel 2Tabel 2: Pakket van eisen. 6

7 9.1 Definitief PvE: Nummer Eis Eenheid Bron Datum Groep 1 Opdrachtgever 1.1 Stof wat ontstaat moet afgevoerd Stof Opdrachtgever worden 1.2 De behuizing moet van ABS gemaakt worden. ABS Opdrachtgever De schuurbanden moeten verwisselbaar zijn. 1.4 De banschuurmachine moet een prijs hebben die scherper is dan de concurrentie. Groep 2 Fabrikant 2.1 De bandschuurmachine moet reproduceerbaar zijn doormiddel van goedkope produceertechnieken. 2.2 Er moeten minimaal bandschuurmachines geproduceerd worden Groep 3 Consument 3.1 De banschuurmachine moet minimaal 600W vermogen kunnen produceren. 3.2 De bandschuurmachine moet stoot bestendig zijn. 3.3 De bandschuurmachine moet op meerdere snelheden kunnen werken. 3.4 Het product mag niet meer dan 2,5 kg wegen. Groep 4 Productie 4.1 Het product mag niet meer dan 92 db geluid produceren. 4.2 Het onderdeel moet makkelijk te monteren zijn. Tabel 2: Pakket van eisen. n.v.t. Opdrachtgever Opdrachtgever n.v.t. Fabrikant Aantal Fabrikant Watt Consument n.v.t. Consument Standen Consument Kg Consument db Werkplaats chef n.v.t. Monteur Wensen: 1. Het product kan op een accu werken. 2. Minimale levensduur van drie jaar. 3. Stofloos kunnen werken. 7

8 10 Functieboom Schuurband Schuurband aandrijven Schuurstof afvoeren Energie toevoegen Snelheid regelen Aansluiten op het lichtnet Vermogen instellen Figuur 1: Functieboom. (Oskam, Cowan, Hoiting, & Souren, 2012) Functie Gebruikte onderdelen Nummer in exploded view (Figuur 2 & Figuur 3) Schuurband aandrijven Elektrisch aangedreven motor 3 Schuurstof afvoeren Afzuigsysteem 6 Energie toevoegen Netspanning 7 Snelheid regelen Snelheidsknopje 4 Aansluiten op het lichtnet Netspanning 7 Vermogen instellen Snelheidsknopje 4 Roteren van de schuurband V-snaar overbrenging 5 Schuurband verwissellaar Verwissel systeem 2 Tabel 3: Functie toelichtingen. (Oskam, Cowan, Hoiting, & Souren, 2012) 8

9 11 Exploded view Figuur 2: Exploded view bandschuurmachine (vooraanzicht). 6 5 Figuur 3: Achteraanzicht bandschuurmachine. 9

10 11.1 Functieblokschema Tijd: Materie: Apparaat Schuurband Apparaat Schuurwerk Apparaat activeren kiezen/ aanzetten zaamheden uitschakelen monteren uitvoeren Schuurstof opvang zak instaleren Snelheid instellen Info: Weergeven keuze schuurbanden Weergeven aanknop Weergeven uitknop Energie: Energie toevoeren Omzetten elektrische energie/ bewegingsenergie Energie uitschakelen Tabel 4: Functieblokschema. (Oskam, Cowan, Hoiting, & Souren, 2012) 10

11 12 Tekening bandschuurmachine onderdeel 12.1 Inventor tekening Hieronder ziet u het onderdeel dat getekend is van een afbeelding naar een Inventor part. Dit onderdeel is het knopje waarmee je de snelheid van de bandschuurmachine kan instellen. Dit onderdeel is gemoduleerd in 3D en 2D in Inventor (zie Figuur 4 & Figuur 5). (Breedveld, 2016). Figuur 4: Van foto naar Inventor part. 11

12 12.2 2D werktekening Figuur 5: 2D-tekening knopje. 12

13 13 Overbrengingen in de bandschuurmachine In de bandschuurmachine zitten verschillende overbrengingen. Een daarvan is een elektrische overbrenging. In de bandschuurmachine zit een DC-motor die wordt aangesloten op een 230V netspanning. Deze DC-motor genereerd warmte waardoor er warmte overbrenging is. Ook zit er een mechanische overbrenging in de bandschuurmachine. Er wordt elektrische energie omgezet naar mechanische energie. Doormiddel van de DC-motor wordt er een tandwiel aangedreven. Dit tandwiel brengt een mechanische kracht over doormiddel van een V-snaar. Hieronder in Tabel 5 en Figuur 6 wordt dit toegelicht. Overbrenging Elektrisch Soort overbrenging DC-motor. Mechanisch Warmte Tandwiel. V-snaar. De DC-motor genereerd warmte. Tabel 5: Overbrengingen in de bandschuurmachine. In Figuur 6 wordt de V-snaar met tandwiel overbrenging geïllustreerd. Deze overbrenging zorgt ervoor dat de schuurband gaat roteren. De vertanding in de V-snaar zorgt ervoor dat deze meer grip heeft. Figuur 6: V-snaar met tandwiel overbrenging 13

14 14 Verbindingen in de bandschuurmachine In de bandschuurmachine zitten veel onderdelen die d.m.v. verbindingen bij elkaar gehouden worden. In Tabel 6 worden deze verbindingen toegelicht. (Wikipedia, 2016) Vormgesloten verbinding Plaats van de verbinding Nummer in de afbeelding Klik verbinding Zeskant bout Krachtgesloten verbinding Stofzak die verbinding maak met de bandschuurmachine. Hulpstuk voor de aandrijving van de schuurband. Vaste passing Lager voor de DC-motor/tandwiel. 1 Schroef met veer Afstellen schuurband. 7 Schroeven Behuizing het apparaat. 2 Materiaalgesloten verbinding Lijm Rubber handvat. 3 Solderen Printplaat Zie Figuur 9 4 5/6 Tabel 6: Verbindingen bandschuurmachine Figuur 7: Verduidelijken verbindingen 14

15 Figuur 8: Verduidelijken verbindingen Figuur 9: Printplaat bandschuurmachine 15

16 15 Beschrijving materialen in de bandschuurmachine De bandschuurmachine bestaat uit verschillende materialen. In dit hoofdstuk zal worden toegelicht waarom dit materiaal gekozen is. Ook worden de eigenschappen van deze materialen beschreven en zal worden toegelicht waarom dit materiaal geschikt of ongeschikt is (zie Tabel 7). (Budinkski & Budinkski, 2014). (Mike Ashby, 2016). Materiaal Plaats van het materiaal Geschikt/ongeschikt Nylon. Al het kunststof in de bandschuurmachine is van nylon. - Hoge hardheid t.o.v. andere kunststoffen. - Ongeschikt, ABS zou goedkoper zijn. (ABS = 2,75 Nylon = 3,81). Plaatstaal. Geleider van de schuurband. - Hoge elasticiteit. - Goede geleider. Geschikt Aluminium. Geleider van de V-snaar. - Lage hardheid t.o.v. ferro-metalen. - Hoge elasticiteit. Geschikt Synthetisch rubber. Handvatten/V-snaar. - Lage elasticiteit. - Slechte isolator. Geschikt Verenstaal. Tabel 7: Materiaalbeschrijvingen Veer in de geleider voor de schuurband. - Slechte lasbaarheid. - Makkelijk vervormbaar. Geschikt 15.1 Nylon De behuizing van de bandschuurmachine is vervaardigd uit nylon. Nylon is een materiaal dat behoord tot de kunststoffen. Nylon is een hard materiaal en heeft een geluiddempend vermogen, hiermee kan het geluid dat geproduceerd wordt, worden verminderd. Nylon is een goede isolator, heeft een hoge slijtvastheid is taai, stijf en heeft goede bewerkingsmogelijkheden Plaatstaal De geleider van de schuurband is gemaakt van plaatstaal. Plaatstaal is een materiaal dat sterk en hard is, en in verhouding met andere materialen zwaar is. Plaatstaal is eenvoudig te buigen omdat het vaak een dun metaal is. In de bandschuurmachine is er plaatstaal gebruikt waarbij ook een buiging in zit Aluminium Aluminium is een non-ferro metaal, dit houdt in dat het meestal slecht elektrische geleiders zijn, dit kenmerkt aluminium. Aluminium is een belangrijk metaal, na staal is het een van de belangrijkste metalen in de samenleving. 16

17 15.4 Synthetisch rubber Synthetisch rubber is de meest gebruikte elastomeer op dit moment. Synthetisch rubber staat bekend om zijn elasticiteit, waardoor het voor veel doeleinden gebruikt kan worden. Enkele voorbeelden zijn: afdichtingen, beschermingsmiddelen, isolator enz. In de bandschuurmachine wordt synthetisch rubber gebruikt voor de handvatten. Dit zorgt voor een gebruiksvriendelijke ligging in de hand Verenstaal Verenstaal wordt veelal gebruikt voor het vervaardigen van allerlei soorten veren. Denk hierbij aan de veren die in pennen zitten, veren in wasknijpers enz. Vaak wordt er voor verenstaal gekozen omdat deze staal flexibel (elastisch) en sterk is. Veren worden vaak gewikkeld geproduceerd, daarna worden ze op de juiste lengte afgeknipt. In de bandschuurmachine zit een veer in het mechanische waar de schuurband over roteert. Hierdoor kan je de schuurbanden eenvoudig en snel verwisselen. 17

18 16 Oriëntatie productietechnieken De bandschuurmachine is gemaakt met verschillende soorten productietechnieken. In dit hoofdstuk zal elke techniek worden beschreven en wordt er aangegeven wat de voor- en nadelen ervan van zijn (zie Tabel 8). (Kals, et al., 2012). Productietechniek Onderdeel Afbeelding Spuitgieten Behuizing Zie Exploded view Draaien As Smeden/Harden/Polijsten/Persen Kogellager Persen Schroeven Wikkelen Veer Tabel 8: Oriëntatie productietechnieken Spuitgieten Gieten is een proces waarbij een gesmolten materiaal in een matrijs gegoten wordt. De matrijs heeft een holte waar de vorm van het te produceren onderdeel zit. Wanneer de matrijs gevuld is, kan het gekoeld worden tot het metaal stolt. Een voordeel van gieten is dat er grote vormvrijheid is, dat wil zeggen dat een product met gieten in een stap gemaakt kan worden, terwijl datzelfde product met een ander productieproces met meerdere processen gemaakt moet worden. Het nadeel van gieten zijn de productiekosten, dit komt voornamelijk wanneer er hoge kwaliteitseisen zijn zoals: nauwe toleranties of kwaliteitsoppervlakken. Met dit proces kan er serieproductie gedaan worden, denk hierbij aan een aantal van voor de bandschuurmachine. 18

19 Draaien Draaien is een verspaningstechniek waarbij een materiaal (product) roteert en daarmee de snijbeweging uitvoert. Met draaien kan serieproductie gedaan worden, hiervoor is wel een CNCmachine nodig. Een voordeel van draaien is, dat het bewerken van ronde producten makkelijk is. Een nadeel van draaien is dat het moeilijk is om vierkanten producten te bewerken. Dit gebeurt dan ook vaak met een freesbank. Met draaien kunnen er meerdere producten in een serie gemaakt worden. Een aantal van is realistisch Smeden/harden/polijsten Smeden is een van de oudste metaalbewerkingsmethoden. Hierbij wordt een stuk metaal in een vuur verhit en vervolgens in de juiste vorm gebracht. Onderdelen die gesmeed zijn, zijn duidelijk sterker dan gieten. Een nadeel van smeden is dat de lage maatnauwkeurigheid, hiervoor moet het product vaak nog afgewerkt worden. Met het proces harden wordt het product sterker gemaakt, dit wordt ook gedaan bij de kogellagers. Na het harden wordt het product gepolijst om een mooi uiterlijk te krijgen. Smeden, harden en polijsten kan in serie productie gedaan worden van bijv Persen Met persen wordt een product in een vorm geperst, dit wordt gedaan met een machinepers. Persen is een vormgevingstechniek, door een pers wordt een materiaal in de gewenste vorm geperst. Een voordeel van persen is dat er heel snel heel veel producten gemaakt kunnen worden. Een nadeel van persen is dat het moeilijk is om nauwkeurige maten te persen. Met persen kan wederom serieproductie gedaan worden met aantallen van Wikkelen Wikkelen wordt toegepast voor de fabricage van holle, vooral cilindrische, werkstukken, waarbij een draaiende beweging van de doorn wordt gecombineerd met een heen en weer gaande beweging van de draadgeleider. Het voordeel van wikkelen is dat ingewikkelde producten zoals veren toch snel te produceren zijn. Een nadeel van wikkelen is dat het voor weinig toepassingen gebruikt kan worden. Met wikkelen kunnen series van gemaakt worden. 17 Verbeteringen aan de bandschuurmachine Stofzak wegwerken/verplaatsen: Aan de bandschuurmachine zit een stofzak om het stof wat ontstaat bij het schuren op te vangen. Deze stofzak zit precies naast het handvat en kan gaan irriteren tijdens het schuren. Als oplossing zou de stofzak aan de overzijde geplaats kunnen worden. De stofzak zou ook ingekort kunnen worden, de huidige stofzak die op de bandschuurmachine zit is erg langwerpig. 19

20 Accu bandschuurmachine: De huidige bandschuurmachine wordt gevoed door de netspanning, dit is onhandig wanneer er gewerkt moet worden op moeilijke plekken. Een oplossing zou zijn om een accu bandschuurmachine te produceren. Hiermee kan worden voorkomen dat het moeilijk is om bijv. buiten te werken. ABS kunststof voor de behuizing: De huidige behuizing van de bandschuurmachine is nylon. Dit zou ook met ABS kunnen, waardoor er kosten bespaard kunnen worden. De prijs voor Nylon is 3,81 EUR/kg en voor ABS is het 2,75 EUR/kg. 18 Conclusie De probleemstelling voor deze bandschuurmachine is, ontwikkel een apparaat dat op meerdere snelheden oppervlaktes geautomatiseerd kan schuren. De belanghebbende zijn, de consument, de verkoper, de fabrikant, de vakbond en de keurende instantie. Deze belanghebbende hebben verschillende behoeftes. Een belangrijk onderdeel in deze analyse is het maken van een functieboom, functieschema, functiebeschrijving en het Pakket van Eisen (PvE). Dit PvE is wekelijks bijgewerkt aan de hand van nieuwe opgedane kennis. De bandschuurmachine is uit elkaar gehaald waardoor er een exploded view gemaakt kan worden en een onderdeel in 2D getekend kan worden. Er is gekeken naar de materialen in de bandschuurmachine en er is onder andere gezien dat de behuizing van nylon is. Na deze uitgebreide analyse zijn er een aantal verbeterpunten gevonden, een hiervan is, het vervaardigen van de behuizing van ABS in plaats van nylon. 19 Verwijzingen Breedveld, A. (2016). Producttekenen en documenteren van 3D naar 2D. Amsterdam: Boom. Budinkski, M. K., & Budinkski, K. G. (2014). Materiaalkunde (9e editie). Amsterdam: Pearson. Hoogland, W., Dik, R., & Brand, I. (2015). Rapport over rapporteren. Groningen: Noordhoff Uitgevers. Kals, H. J., Buiting-Csikós, C. S., van Luttervelt, C. A., Moulijn, K. A., Ponsen, J. M., & Streppel, A. H. (2012). Industriële productie (5e herziene druk). Amsterdam: Boom uitgevers. Mike Ashby. (2016, Oktober). CES, Edupack. Oskam, I., Cowan, K., Hoiting, L., & Souren, P. (2012). Ontwerpen van technische innovaties door onderzoek, creatief denken en samenwerken (eerste druk). Groningen: Noordhoff Uitgevers. Wikipedia. (2016, Oktober Vrijdag). Opgehaald van Verbindingstechnieken: 20