Samenvatting PTEC (lessen 1 t/m 6)
1
,Inhoudsopgave
1.1 De ontwikkeling van de industriële productie..................................................................................4
1.4 Indeling van vervaardigingstechnieken............................................................................................4
1.5 Het mechanisch materiaalgedrag in de fabricage.............................................................................6
3.1 Grondslagen van het oervormen......................................................................................................6
3.2 Inleiding gieten.................................................................................................................................7
3.3 Kenmerken van het gietproces en de gietstukken............................................................................7
3.4 Indeling gietmethoden naar de aard van het vormmateriaal...........................................................7
3.5 Gieten in zand...................................................................................................................................7
3.5.1 Handvormen van een eenvoudig gietstuk.................................................................................7
3.5.2 Slink, krimp en lossing...............................................................................................................7
3.5.3 Ondersnijding en deling.............................................................................................................8
3.5.4 Het toepassen van kernen.........................................................................................................8
3.5.5 Mechanisatie van het zandgieten..............................................................................................9
3.5.6 Vormmaterialen.........................................................................................................................9
3.6 Verloren-modelmethoden..............................................................................................................10
3.7 Gieten in permanente vorm...........................................................................................................10
3.7.1 Coquillegieten..........................................................................................................................10
3.7.2 Lage-drukgieten.......................................................................................................................11
3.7.3 Spuitgieten...............................................................................................................................11
3.7.4 Gieten met rotatiebeweging....................................................................................................11
3.15 Poedermetallurgie........................................................................................................................12
3.15.1 Inleiding poedermetallurgie..................................................................................................12
3.15.2 Fabricagemethode.................................................................................................................12
3.15.3 Isostatisch persen..................................................................................................................12
3.15.4 Spuitgieten van metaalpoeders.............................................................................................12
4.1 Inleiding..........................................................................................................................................13
4.2 Omvormen van metalen.................................................................................................................13
4.2.1 Omvormen en omvormbaarheid.............................................................................................13
4.2.2 Omvormtemperatuur..............................................................................................................13
4.3 Indeling van omvormprocessen......................................................................................................13
4.4 Massief omvormen van metalen....................................................................................................13
4.4.1 Walsen.....................................................................................................................................14
4.4.2 Extruderen...............................................................................................................................14
4.4.3 Trekken....................................................................................................................................15
4.4.4 Smeden....................................................................................................................................15
2
,4.5 Omvormen van plaat (behalve 4.5.2 en 4.5.3)................................................................................16
4.5.1 Buigen......................................................................................................................................16
4.5.4 Dieptrekken.............................................................................................................................16
4.5.5 Krachtoverdragende media.....................................................................................................17
5.1 Inleiding..........................................................................................................................................17
5.2 Het principe van verspanende bewerkingen..................................................................................17
5.3 Bewegingen, krachten, vermogen, temperatuur en gereedschapsslijtage.....................................17
5.4 Snijmaterialen.................................................................................................................................18
5.5 Standtijd en optimale snijsnelheid..................................................................................................20
5.6 Indeling van de verspanende bewerkingen....................................................................................20
5.7 Draaien...........................................................................................................................................20
5.8 Gatbewerkingen.............................................................................................................................22
5.9 Frezen.............................................................................................................................................23
5.10 Slijpen...........................................................................................................................................23
7.1 Mechanische, niet verspanende scheidende bewerkingen............................................................24
7.2 Mechanische verspanende scheidende bewerkingen....................................................................25
7.3 Fysische scheidende bewerkingsmethoden....................................................................................25
8.1 De algemene opbouw van materiaalaangroeitechnieken..............................................................26
8.2 Procesvarianten..............................................................................................................................26
8.3 Voor- en nadelen van 3D-printen...................................................................................................27
3
,1.1 De ontwikkeling van de industriële productie
De industriële productietechniek ontstond tegen het eind van de achttiende eeuw. Denk
aan de ‘stoommachine’. Deze ontwikkeling wordt ook algemeen beschouwd als het begin
van de opkomst van de mechanische industrie.
De stoommachine leverde energie op een centraal punt. Op dat punt moest de energie ook
worden afgenomen.
Het beschikbaar komen van zeer grote hoeveelheden energie op één plaats luidde de eerste
industriële revolutie in. Deze werd gekenmerkt door de opkomst van grote industriële
bedrijven, die in plaats kwamen van de kleine ambachtelijke bedrijfjes uit de tijd van de
wind- en watermolens.
Een belangrijk kenmerk van de industrialisatie is het bijeenbrengen van productiemiddelen,
zoals arbeid, machines en gereedschappen, in een georganiseerd verband.
De opkomst van de spoorwegen en de stoomscheepvaart maakte het mogelijk om
grondstoffen en materialen over grote afstanden aan te voeren en om producten over een
groot afzetgebied te verspreiden met als resultaat een stimulatie van de machine-industrie
en de bouw van civiele werken zoals spoorlijnen, bruggen en waterwegen.
In het begin van de twintigste eeuw volgden nieuwe belangrijke ontwikkelingen: de opkomst
van de elektrificatie, de auto, het vliegtuig, radio en televisie. Na WOll volgden de
ruimtevaart, de micro-elektronica en de informatietechnologie.
Met miniaturisatie wordt de duidelijkste en belangrijkste trend van de afgelopen eeuw
aangeduid namelijk de toename van de nauwkeurigheid waarmee zeer uiteenlopende
fabricagebewerkingen en materiaalbehandelingen kunnen worden uitgevoerd.
De microtechnologie draait om het vormgeven en fabriceren, evenals het manipuleren,
plaatsen en meten van producten op sub-100-micrometerschaal.
De nanotechnologie draait om het vormgeven en fabriceren, evenals het manipuleren,
plaatsen en meten van producten op sub-100-nanometerschaal.
1.4 Indeling van vervaardigingstechnieken
De onderstaande beschouwde vervaardigingstechnieken omvatten het maken en verbinden
van onderdelen. DIN 8580 geeft een indeling van de vervaardigingstechnieken, gebaseerd
op de veranderingen in de samenhang van het werkstukmateriaal:
Oervormen;
Omvormen;
Scheiden en afnemen;
Verbinden;
Veranderen van materiaaleigenschappen;
Opbrengen van lagen.
Bij oervormen wordt materiaal met een niet-gedefinieerde vorm rechtstreeks omgezet in een
gedefinieerde vorm.
In verreweg de meeste gevallen is het uitgangsmateriaal een vloeistof; of te wel vloeibare
vormgeving genaamd gieten. Vloeibaar materiaal wordt hierbij in een vorm gegoten. Na
stolling of, bij sommige kunststoffen, uitharding is er een vormvast product ontstaan.
4
, Soms is het uitgangsmateriaal een materiaal in poedervorm, dat onder hoge druk in een
vorm wordt geperst en vervolgens verhit wordt tot temperaturen dicht bij het smeltpunt. Deze
laatste stap noemt men sinteren.
Bij het verwerken van metalen of metaallegeringen spreken we van poedermetallurgie.
De materiaalaangroeitechnieken vormen een familie van methoden die behoren tot het
oervormen.
Deze technieken worden ook vaak aangeduid met de benamingen additive manufacturing
en 3D-printen. Hierbij wordt een onderdeel opgebouwd uit vormloos materiaal zonder dat
daarvoor een vormbepalend gereedschap als een gietvorm nodig is.
Spuitgieten is het proces waarbij door vloeibare kunststof onder hoge druk in een metalen
gietvorm wordt gespoten.
Bij omvormen wordt het vermogen benut van materialen om onder invloed van krachten
blijvende vervormingen te ondergaan. De samenhang van het materiaal blijft hierbij
behouden, de massa en het volume blijven constant.
De omvormtechnieken voor metalen zijn te verdelen in twee groepen, massief omvormen
en plaatomvormen.
Bij massief omvormen kan het materiaal in alle richtingen grote vormveranderingen
ondergaan. Voorbeeld:
Staalplaat ontstaat door een gegoten blok staal in een groot aantal stappen in dikte te
reduceren door middel van walsen. Een nietmachine is grotendeels uit staalplaat
vervaardigd.
Bij plaatomvormen zijn de vervormingen loodrecht op het vlak van de plaat van
ondergeschikt belang voor het vormen van het onderdeel. Voorbeeld:
Een aantal onderdelen van de nietmachine wordt uit vlak plaatmateriaal gemaakt door
middel van buigen.
Bij scheiden en afnemen wordt de samenhang van het uitgangsmateriaal verbroken. Het
product komt tot stand door het verwijderen van overtollig materiaal.
Bij scheiden blijft het overtollige materiaal in principe als zodanig bruikbaar. Bij afnemen
wordt het overtollige materiaal fijn verdeeld of zelfs chemisch gebonden, zodat er geen
bruikbaar materiaal overblijft.
Een algemeen kenmerk van de mechanische afnemende bewerkingen is dat de vorm van
het product wordt verkregen door het sturen van een universeel gereedschap (een
gereedschap dat niet voor een specifiek product is bestemd) langs het product. Ook wel het
genereren van de vorm.
Bij verbinden worden onderdelen verenigd tot een star geheel. De verbindingstechnieken zijn
ruwweg in te delen in vijf hoofdgroepen:
- Pen-gatverbindingen vaste en losneembare verbindingen.
- Verbindingen die tot stand komen door het materiaal van de onderdelen te smelten
(lasverbindingen).
- Verbindingen met behulp van een tussenlaag (lijm- en soldeerverbindingen).
- Omvormverbindingen waarbij de verbinding tot stand komt door het omvormen van
een of meer onderdelen.
5
1
,Inhoudsopgave
1.1 De ontwikkeling van de industriële productie..................................................................................4
1.4 Indeling van vervaardigingstechnieken............................................................................................4
1.5 Het mechanisch materiaalgedrag in de fabricage.............................................................................6
3.1 Grondslagen van het oervormen......................................................................................................6
3.2 Inleiding gieten.................................................................................................................................7
3.3 Kenmerken van het gietproces en de gietstukken............................................................................7
3.4 Indeling gietmethoden naar de aard van het vormmateriaal...........................................................7
3.5 Gieten in zand...................................................................................................................................7
3.5.1 Handvormen van een eenvoudig gietstuk.................................................................................7
3.5.2 Slink, krimp en lossing...............................................................................................................7
3.5.3 Ondersnijding en deling.............................................................................................................8
3.5.4 Het toepassen van kernen.........................................................................................................8
3.5.5 Mechanisatie van het zandgieten..............................................................................................9
3.5.6 Vormmaterialen.........................................................................................................................9
3.6 Verloren-modelmethoden..............................................................................................................10
3.7 Gieten in permanente vorm...........................................................................................................10
3.7.1 Coquillegieten..........................................................................................................................10
3.7.2 Lage-drukgieten.......................................................................................................................11
3.7.3 Spuitgieten...............................................................................................................................11
3.7.4 Gieten met rotatiebeweging....................................................................................................11
3.15 Poedermetallurgie........................................................................................................................12
3.15.1 Inleiding poedermetallurgie..................................................................................................12
3.15.2 Fabricagemethode.................................................................................................................12
3.15.3 Isostatisch persen..................................................................................................................12
3.15.4 Spuitgieten van metaalpoeders.............................................................................................12
4.1 Inleiding..........................................................................................................................................13
4.2 Omvormen van metalen.................................................................................................................13
4.2.1 Omvormen en omvormbaarheid.............................................................................................13
4.2.2 Omvormtemperatuur..............................................................................................................13
4.3 Indeling van omvormprocessen......................................................................................................13
4.4 Massief omvormen van metalen....................................................................................................13
4.4.1 Walsen.....................................................................................................................................14
4.4.2 Extruderen...............................................................................................................................14
4.4.3 Trekken....................................................................................................................................15
4.4.4 Smeden....................................................................................................................................15
2
,4.5 Omvormen van plaat (behalve 4.5.2 en 4.5.3)................................................................................16
4.5.1 Buigen......................................................................................................................................16
4.5.4 Dieptrekken.............................................................................................................................16
4.5.5 Krachtoverdragende media.....................................................................................................17
5.1 Inleiding..........................................................................................................................................17
5.2 Het principe van verspanende bewerkingen..................................................................................17
5.3 Bewegingen, krachten, vermogen, temperatuur en gereedschapsslijtage.....................................17
5.4 Snijmaterialen.................................................................................................................................18
5.5 Standtijd en optimale snijsnelheid..................................................................................................20
5.6 Indeling van de verspanende bewerkingen....................................................................................20
5.7 Draaien...........................................................................................................................................20
5.8 Gatbewerkingen.............................................................................................................................22
5.9 Frezen.............................................................................................................................................23
5.10 Slijpen...........................................................................................................................................23
7.1 Mechanische, niet verspanende scheidende bewerkingen............................................................24
7.2 Mechanische verspanende scheidende bewerkingen....................................................................25
7.3 Fysische scheidende bewerkingsmethoden....................................................................................25
8.1 De algemene opbouw van materiaalaangroeitechnieken..............................................................26
8.2 Procesvarianten..............................................................................................................................26
8.3 Voor- en nadelen van 3D-printen...................................................................................................27
3
,1.1 De ontwikkeling van de industriële productie
De industriële productietechniek ontstond tegen het eind van de achttiende eeuw. Denk
aan de ‘stoommachine’. Deze ontwikkeling wordt ook algemeen beschouwd als het begin
van de opkomst van de mechanische industrie.
De stoommachine leverde energie op een centraal punt. Op dat punt moest de energie ook
worden afgenomen.
Het beschikbaar komen van zeer grote hoeveelheden energie op één plaats luidde de eerste
industriële revolutie in. Deze werd gekenmerkt door de opkomst van grote industriële
bedrijven, die in plaats kwamen van de kleine ambachtelijke bedrijfjes uit de tijd van de
wind- en watermolens.
Een belangrijk kenmerk van de industrialisatie is het bijeenbrengen van productiemiddelen,
zoals arbeid, machines en gereedschappen, in een georganiseerd verband.
De opkomst van de spoorwegen en de stoomscheepvaart maakte het mogelijk om
grondstoffen en materialen over grote afstanden aan te voeren en om producten over een
groot afzetgebied te verspreiden met als resultaat een stimulatie van de machine-industrie
en de bouw van civiele werken zoals spoorlijnen, bruggen en waterwegen.
In het begin van de twintigste eeuw volgden nieuwe belangrijke ontwikkelingen: de opkomst
van de elektrificatie, de auto, het vliegtuig, radio en televisie. Na WOll volgden de
ruimtevaart, de micro-elektronica en de informatietechnologie.
Met miniaturisatie wordt de duidelijkste en belangrijkste trend van de afgelopen eeuw
aangeduid namelijk de toename van de nauwkeurigheid waarmee zeer uiteenlopende
fabricagebewerkingen en materiaalbehandelingen kunnen worden uitgevoerd.
De microtechnologie draait om het vormgeven en fabriceren, evenals het manipuleren,
plaatsen en meten van producten op sub-100-micrometerschaal.
De nanotechnologie draait om het vormgeven en fabriceren, evenals het manipuleren,
plaatsen en meten van producten op sub-100-nanometerschaal.
1.4 Indeling van vervaardigingstechnieken
De onderstaande beschouwde vervaardigingstechnieken omvatten het maken en verbinden
van onderdelen. DIN 8580 geeft een indeling van de vervaardigingstechnieken, gebaseerd
op de veranderingen in de samenhang van het werkstukmateriaal:
Oervormen;
Omvormen;
Scheiden en afnemen;
Verbinden;
Veranderen van materiaaleigenschappen;
Opbrengen van lagen.
Bij oervormen wordt materiaal met een niet-gedefinieerde vorm rechtstreeks omgezet in een
gedefinieerde vorm.
In verreweg de meeste gevallen is het uitgangsmateriaal een vloeistof; of te wel vloeibare
vormgeving genaamd gieten. Vloeibaar materiaal wordt hierbij in een vorm gegoten. Na
stolling of, bij sommige kunststoffen, uitharding is er een vormvast product ontstaan.
4
, Soms is het uitgangsmateriaal een materiaal in poedervorm, dat onder hoge druk in een
vorm wordt geperst en vervolgens verhit wordt tot temperaturen dicht bij het smeltpunt. Deze
laatste stap noemt men sinteren.
Bij het verwerken van metalen of metaallegeringen spreken we van poedermetallurgie.
De materiaalaangroeitechnieken vormen een familie van methoden die behoren tot het
oervormen.
Deze technieken worden ook vaak aangeduid met de benamingen additive manufacturing
en 3D-printen. Hierbij wordt een onderdeel opgebouwd uit vormloos materiaal zonder dat
daarvoor een vormbepalend gereedschap als een gietvorm nodig is.
Spuitgieten is het proces waarbij door vloeibare kunststof onder hoge druk in een metalen
gietvorm wordt gespoten.
Bij omvormen wordt het vermogen benut van materialen om onder invloed van krachten
blijvende vervormingen te ondergaan. De samenhang van het materiaal blijft hierbij
behouden, de massa en het volume blijven constant.
De omvormtechnieken voor metalen zijn te verdelen in twee groepen, massief omvormen
en plaatomvormen.
Bij massief omvormen kan het materiaal in alle richtingen grote vormveranderingen
ondergaan. Voorbeeld:
Staalplaat ontstaat door een gegoten blok staal in een groot aantal stappen in dikte te
reduceren door middel van walsen. Een nietmachine is grotendeels uit staalplaat
vervaardigd.
Bij plaatomvormen zijn de vervormingen loodrecht op het vlak van de plaat van
ondergeschikt belang voor het vormen van het onderdeel. Voorbeeld:
Een aantal onderdelen van de nietmachine wordt uit vlak plaatmateriaal gemaakt door
middel van buigen.
Bij scheiden en afnemen wordt de samenhang van het uitgangsmateriaal verbroken. Het
product komt tot stand door het verwijderen van overtollig materiaal.
Bij scheiden blijft het overtollige materiaal in principe als zodanig bruikbaar. Bij afnemen
wordt het overtollige materiaal fijn verdeeld of zelfs chemisch gebonden, zodat er geen
bruikbaar materiaal overblijft.
Een algemeen kenmerk van de mechanische afnemende bewerkingen is dat de vorm van
het product wordt verkregen door het sturen van een universeel gereedschap (een
gereedschap dat niet voor een specifiek product is bestemd) langs het product. Ook wel het
genereren van de vorm.
Bij verbinden worden onderdelen verenigd tot een star geheel. De verbindingstechnieken zijn
ruwweg in te delen in vijf hoofdgroepen:
- Pen-gatverbindingen vaste en losneembare verbindingen.
- Verbindingen die tot stand komen door het materiaal van de onderdelen te smelten
(lasverbindingen).
- Verbindingen met behulp van een tussenlaag (lijm- en soldeerverbindingen).
- Omvormverbindingen waarbij de verbinding tot stand komt door het omvormen van
een of meer onderdelen.
5
