Inleiding werktuigkunde
Energietechniek: ingaand vermogen omzetten in uitgaand vermogen
(=energietoestend)
• Pomp – Mechanische as-energie à hydraulische energie (vloeistof)
• Compressor – Mechanische as-energie à hydraulische energie (gas)
• Motor – Chemische energie à mechanische as-energie
• Turbo = stromingsmachine & Zuiger = volumetrische machine
à DOEL:
• Maximaal rendement behalen (= uitgaand vermogen/ingaand vermogen)
• Maximale levensduur van machines behalen
o Probleem: wrijving, Oplossing: smeermiddel/olie
Productietechniek (vooral focus op metaalbewerking)
• Verspaning = wegsnijden van materiaal (bv slijpen, frezen…)
o Zeer nauwkeurig (1/100ste van een mm), traag en duur
• Vervorming = vervormen van materiaal (bv plaatbewerking)
o Minder nauwkeurig (1/10de van een mm), snel en hoge investeringskost
Overbrengen van vermogen
• Kettingen = discontinue koppeloverdracht
o Trillingen en lawaai maar meer vermogen
• Riemen = continue koppeloverdracht
o Minder vermogen maar minder trillingen en lawaai
• Hydrauliek = overbrengen vermogen door vloeistof (olie) onder druk
à DOEL:
• Maximale vermogenscapaciteit/energiedensiteit (vermogen per oppervlakte)
Tribotechniek
• Wenttellagers à hoger rendement, lagere belasting mogelijk
• Glijlagers à lager rendement, hogere belasting mogelijk
à DOEL
• Minimale wrijving
• Minimale slijtage à maximale slijtageweerstan/levensduur
,Werktuigkunde Slides + lesnotites
We hebben 2 dingen gezien voor productie:
1. Vervormen
a. We vertrekken van een vaste stof die we gaan omvormen
b. Vaste stof biedt grote weerstand tegen vervormen (nadeel)
c. Als je zou vertrekken van een vloeistof is de weerstand tegen het
vervormen het kleinste (en vervorming kan daar dus zeer groot zijn) à
hierbij maken we dus gebruik van productietechniek Gieten
2. Verspanen
a. We vertrekken ook van een vaste stof maar hier gaan we materiaal
wegsnijden
D2: H1: Gieten
Bij gieten gaan we gebruik maken van:
- ijzerhoudende materialen (= ferrometalen)(Fe)
- non ferro materialen: Al, Cu, Zn, Mg
à het verschil zit in de smelttemperatuur (smelttemparuur is veel lager bij non ferro
metalen dan bij ferro metalen) (daarom heeft het gieten van non ferro metalen een
oudere oorsprong dan ferro metalen, bv brons (brons = legering van koper & tin, Cu + Sn)
Ijzer - koolstofdiagram
à geeft aan hoeveel procent koolstof u kunt
oplossen in een ijzer matrix.
à je kan verschillende lagen waarde aannemen
(zie je op de x-as), afhankelijk van het percentage
koolstof, de smeltemperatuur (bovenste lijn), dat
die een verschillende waarde kan aannemen.
à dus als je zuiver ijzer neemt is die
smeltemperatuur rond die 1500 graden
à de verschillende velden geven de verschillende
verschijningsvormen van de legering die ontstaat (de fasen) en die fasen hebben een
verschillende micro structuur (kristalstructuur).
à Er is dus een onderscheid tussen wat we staal noemen en wat we gietijzer noemen
(moet je weten) (Gietijzer = legering waarbij je voor de rode lijn bent, en waarbij je dus
meer dan 2% koolstof hebt in de legering) (staal = legering met minder dan 2% C)
,Gietijzer (C > 2%) (Ts ongeveer 1150 °C) (Kort stollingsinterval gunstig ivm metaalkorrels)
Bij het gieten omdat je veel koolstof hebt, zal de koolstof terug te vinden zijn als eilanden
van vrije koolstof, en die eilanden hebben een bepaalde vorm die afhangt van
bijkomende legeringselementen die we gaan toevoegen: (je kan 3 soorten krijgen)
- Lamellair (grijs): Grafietlamellen,
spanningsconcentraties, bros
- Nodulair (bolletjes) : sferisch grafiet, taai
- Speciale soorten: compromis tussen
sterkte, taaiheid, slijtage
à Metaalstructuur is het witte en vrije grafiet zijn de zwarte lijnen (in tekening lamellair)
à Wanneer je bepaalde legeringselementen gaat toevoegen gaat die grafiet zich
omvormen tot bolletjes (bolletjes hebben minder scherpe uiteinden dan lammelen, dus
mechanische spanning rond bolletjes zal uniformer verdeeld zijn dan bij lamellen)
à Omdat er dus bij die lamellen veel mechanische spanning zit aan de uiteinden,
en krijg je daar dus een concentratie van spanningen en die leiden dan tot
scheur/breuk initiatie (rood zijn scheuren, zwart is lammel, geel zijn spanningen
à DUS lamellair is altijd minder sterk dan een nodulair gietijzer
Bij Gietijzer is de smelttemperatuur lager, dus het temperatuurs interval van stolling is
lager. En we weten dat tijdens het stollen de metaalkorrels groeien naarmate dat ze
langer op een hogere tempartuur staan. Dus als stollingstemperatuursinterval groot is,
dan ga je grote korrels krijgen. En een materiaal met grote metaalkorrels is minder
sterk/stevig dan een materiaal met kleinere metaalkorrels.
Gietstaal (C < 0,5%) (Ts ongeveer 1500°C) (lang stollingsinterval)
Grote voordeel is dat door het lage koolstofgehalte het staal lasbaar wordt. (Gietijzer is
dus niet lasbaar door groot koolstofgehalte). Je krijgt dus wel een hoge
smeltemperatuur, en dus de werktuigen die je hiervoor gaat gebruiken moeten tegen
deze temperaturen kunnen à vuurvaste materialen gebruiken.
à stollingsinterval wordt ook groter, maar je kan hier voorzorgen voor nemen (goede
manier koelen en voldoende snel en misschien thermische nabehandeling doorvoeren)
Zeer goede mechanische eigenschappen van staal
- Treksterkte
- Vloeigrens
- Hardheid (= weerstand die het materiaal ondervindt tegen lokale indrukkingen)
- Taaiheid
(tekeningen op slides van eigenschappen met balkjes niet kennen) (tot hier les 1 Gieten)
,Bij het gieten vertrekken van een gesmolten materiaal (de smelt) en die smelt wordt in
een vorm gegoten en dan gaat die smelt stollen. Dat stollen gebeurt met een bepaalde
snelheid, dus je gaat een bepaalde temparuut moeten afleggen in een bepaald
tijdsinvertal (deltaT/deltat) à afkoelsnelheid.
Eerste probleem bij het stollen: als die afkoelsnelheid (deltaT/deltat) traag is dan krijg je
grote metaalkorrels, die grote metaalkorrels leiden tot een lage sterkte (niet goed). We
moeten dus proberen de warmteafvoer te verhogen dus delta T/deltat te verhogen (door
het verbeteren van warmteafvoer) Dit doen we op 2 manieren (convectie&conductie)
- Gebruik maken van natuurlijke convectie en geforceerde convectie & de
conductie
o Natuurlijke convectie, gewoon de wartmeafvoer die ontstaat
o Maar je kan ook geforceerde convectie gaan toepassen door daar lucht
over te blazen met bepaalde snelheid (deze geforceerde convectie gaat
meer warmte afvoeren dan de gewone)
o In beide gevallen moet je eerst die warmte door die vorm krijgen, dus eerst
van de smelt door de vorm naar de wanden komen en dus gaan we
moeten proberen de warmtegeleiding van de vorm te gaan verbeteren
o Zand is thermische geleiding en is dus slecht en je kan die
warmtegeleiding verbeteren door toevoegmiddelen in het zand die ervoor
zorgen dat conductie/warmtegeleiding in de vorm verbetert
Nog een ander probleem bij het stollen heeft te maken met vormnauwkeurigheid
- Wanneer een metaal stolt dan ondergaat het een verandering van fase, het gaat
van vloeistof fase over naar vaste fase, en dit gaat dat gepaard van
volumevermindering.
- Alvorens dat de vloeistof is vast geworden, is er een bepaalde afkoeling van de
vloeistof (de smelt). Tijdens dat afkoelen naar de stollingstemperatuur heb je ook
een volumevermindering. DUS er is volumeverandering van vloeibaar metaal +
volumeverandering door faseverandering (= krimp) à deze 2
volumeverminderingen samen noemen we de slink.
- Dus je hebt 3 volumeverminderingen
o Eerste: door vloeistof die afkoelt
o Tweede: van vloeistof die omgezet wordt in vaste stof
o Derde: van vaste stof die verder afkoelt
- Dus bij het gieten is het moeilijk om correcte eindafmetingen te bekomen
- Gieten is dus qua maatafkeurigheid niet echt goed presterend.
- Je moet ervoor zorgen dat er tijdens het afkoelen steeds nieuw materiaal kan
worden toegevoegd. Dus je gaat aan de vorm een toevoeropening toevoegen en je
vult die ook met gesmolten metaal, zodanig dat tijdens het stolproces steeds die
holte kan bijgevuld worden à Dus je moet het kanaal zetten op de plaats die het
, laatste gaat stollen !!!! Dat kanaalje noemt Opkomer. (uiteindelijk op het einde
van de bewerking verwijder je die opkomers met een slijpschijf.
- Je moet ook zien dat de gietloop goed is gemaakt, anders krijg je ook problemen
zoals
o Turbulenties: je wilt dat de stroming van het materiaal laminair is (wat dus
wilt zeggen dat het parallel is aan de wanden en dus niet turbulent is) Dus
je wilt een laminaire stroming (= vloeitstofdeeltjes bewegen parallel met
de wand) (turbulente stroming = snelheidsvectoren in alle richtingen die
niet meer parallel zijn met de wand) à als turbulenties optreden krijg je
meestal problemen. Met aanzuigingen van lucht.
§ nog iets anders dat met turbulentie samenhangt is de erosie van de
vorm. En gaan er delen van de zandvorm eroderen. Dus de gietloop
moet ervoor zorgen dat de beschadinging aan de zandvorm door
erosie geen invloed heeft op het werkstuk
o Lucht: luchtbelletjes (door turbulenties) die blijven zitten in gestolde
materiaal en die vormen dan lege poriën/holtes in het materiaal (slecht
voor mechanische stertke van het werkstuk)
o Slak: wanneer je u materiaal gaat gieten uit een gietpan, ontstaat er
bovenop de gietpan een velletje (= gestold materiaal, en dat reageert met
zuurstof uit omgeving en oxideert). Als dat velletje meegegoten wordt in
het werkstuk dan ga je oxides gaan insluiten. Dus je krijgt in het werktstuk
harde insluitsels. Dus je gaat puntjes krijgen waar spanningsconcentraties
ontstaan, en krijg je dus intitiatiepunten voor scheur en breuk. à dus we
willen dat velletje niet mee. En die oxides en onzuiverheden = slak, en we
willen slak niet terugvinden in het werkstuk
o Viscositeit: als metaal een hoge viscositeit heeft, kan je geen al te dunnen
kanaaltjes maken (dus geen werktstukken met te dunne wanddiktes),
omdat dan door stromingsweerstand de vorm niet volledig gevuld kan
worden. Oplossing
§ Door smelt onder druk in de vorm te gaan duwen, maar dit gaat niet
met zandvorm want dat laat sterkte zandvorm niet toe, dan moet je
metalen gietvormen gebruiken.
In de praktijk zie je vaak niet uitwendig dat er te weinig materiaal is gegoten. Dan krijg je
dus een slikholte.
- Dunne delen stollen eerst
- De 2 wanden zijn al gestold voor het binnenstuk is gestold en dan krijg je
slinkholte erin. Dit vermijden door opkomer te plaatsen.
,Samenvatting slides stollen
- Afkoelingssnelheid
- Traag = grote kristallen, lage sterkte
- Warmtegeleiding vorm: zand = slechte geleider
- Convectie
- Slink:
o Volumeverandering van vloeibaar metaal + volumeverandering door
faseverandering
o Volumeverandering compenseren door opkomers
Krimp = volumeverandring van vast metaal: Een stuk dat gestold is en dus verder afkoeld
gaat krimpen en dus ook in volume zal verminderen. Delen die sneller afkoelen dan
andere delen, gaan dus ook sneler krimpen. Dus dan kan je een verschil in krimp krijgen.
-
- Bv bij die eerste tekening (T vorm) zal verticale deel sneller afkoelen dan
horizontale deel eronder. En dan krijg je dus verschillende krimp tussen
onderdelen à wat zorgt tussen verschil in vervorming tussen 2 delen à dat geeft
dan lokaal een spanning à die spanning kan aanleiding geven tot de vorming van
een scheur (typisch vind je die scheurtjes in hoeken, waar je een scherpe
overgang hebt) (maar ook op ehen gedeelte zoals bij die t vorm en cilinder) (die
scheuren zijn wel slecht zichtbaar, dan kan je het werkstuk weggooien)
à daarom gaat men simulaties maken van het stollen
- Hier zijn contourlijnen berekend en getekend,
die cirkels zijn alle punten op 1 lijn die dezelfde
tijd hebben tot stollen. Punten die op zelfde
tijdstip gaan stillen zijn in een cirkel
- Deze berekeningen ga je gebruiken om te
bepalen waar de opkomers moeten komen
(tot hier gieten les 2)
,Verschillende methodes van gieten:
- Eenmalige gietenvormen (vorm niet herbruikbaar) (3 verschillende methodes)
o Zand (vorm uit zand)
§ Holte in zandvorm wordt gecreëerd door houten model
o Veroren was (vorm uit keramische slurry)
§ Holte in keramische slurry wordt gecreëerd door was model
o Polystyreenschuim (vorm maken uit zand)
§ Holte in zandvorm wordt gecreëerd door polystyreen model
- Gietvormen in metaal (wel herbruikbaar) (dure vorm, maar die kostprijs kan je
uitsmeren over alle gietingen die je doet) (4 verschillende methodes) (bij deze 4
wordt de gietvorm in een metaal, en vaak wordt de holte gemaakt door het
wegnsijden van het metaal, dus daar een verspanende bewerking) (hier is het
verschil waarop de metaalvorm zal gevuld worden)
o Manueel/gravimetrisch vullen
§ Smelt gaat door eigen zwaartekracht in vorm lopen (discontinue
methode)
o Spuitgieten
§ Smelt ga je duwen in vorm onder druk (via pomp die gesmolten
metaal in vorm gaat spuiten) (discontinue methode)
o Centrifugaalgieten
§ Gebruikmaken van centriguaalkracht, vorm aan het draaien
brengen en smelt gaat mee draaien, en centriguaalkrachten die op
smelt werken gaan die vorm vullen. (discontinue methode)
o Continu gieten
§ Vorm wordt gelijk gevuld en geledigd, dat gebruikt men om lange
producten mee te gieten (bv een staaf)
Eenmalige gietvormen
1. Zandgieten
Werkstuk maken door holte
te maken in zandvorm en die
holte word dan gevuld met
het gesmolten metaal.
Maken van holte in
zandvorm is niet makkelijk.
(10 = kern in onderkast
geplaatst)
,Dus eerste stap is een werktuigkundige tekening over wat je wil maken. Hier zie je dus
stuk holle buis, een bocht in een buis met daaraan 2 flenzen.
Dus je moet deze vorm zien te maken in een kast die
gevormd is met zand. Dus je gaat een holte maken die
precies de buitenvorm heeft van die holle buis met flenzen.
En je moet ervoor zorgen worden dat er geen materiaal kan
gegoten worden in de buis en daar moet dus in de buis
zand aanwezig zijn (alleen randen van de buis mogen gegoten worden)
De holte (groen) die dus uit zand is gemaakt in die vorm van die buis noemt men de kern.
Die kern maken we door zand aan te drukken in een model. STAP 2 op tekening, model
waarmee je de rode kern maakt, dat model wordt gemaakt uit hout. Zo’n model maak je
door hout weg te snijden dus door een verspanende bewerking. En maak je dus STAP 3
de kern.
Hoe maak je die rode holte in het zand (op tekening rood).
Dus je moet eerst in het zand een houten model plaatsen
die precies die buiten afmetingen heeft van het te
produceren product. En dat houten model plaats je in het
zand en neem je daarna weg uit het zand. Dus je hebt nu
een zandbak (zie tekening) en die bestaat uit 2 delen die op elkaar geplaatst zijn.
Vooral die kasten op elkaar worden gezet gaat men bv de onderkast nemen, en die zet
men op een plaat en die plaat zit dan in het scheidingsvlak. En onderaan die plaat zet
men de helft van het houten model op en daar plaatst men de kast op en dan gaat men
die kast vullen met zand en je stampt dat zand aan. Dit doe je hetzelfde met de bovenste
vorm. En je gaat dus ook de gietloop en opkomer als houten modellen in die kast
plaatsen en we vullen die ook met zand. Dus nu heb je 2 bakken met houten modellen
en zand. Je moet dus wel die houten modellen uit die kast verwijderen, dus je maakt die
kast open en je neemt die voorzichtig uit die kasten, en nu heb je dus zand met holtes
die overeenkomen met die houten modellen. In zand zit bindmiddel om een
mechanische sterkte te geven aan het zand zodat je die houten modellen er makkelijker
kan uithalen zonder de zandvorm te beschadigen.
Daarna ga je de kern uit zand in leggen in die holtes (en
die moet uitsteken tov van die holte, want die moet
gesteund zijn, anders gaat die niet in het midden van de
holte liggen) Kern steekt uit en steunt op het zand, en die
steunpunten noemt men kernprenten.
Dan plaatst je de 2 kasten op elkaar (waar holte en kern
inzitten) en dan ga je die vullen. Op einde maak je kast
open en haal je gegoten vorm uit zand.
,Belangrijk:
- Tijdens heel die bewerking moeten die holtes perfect gepositioneerd zijn op
elkaar en dit kan alleen als de kasten perfect gepositioneerd zijn op elkaar. Dit
gebeurt met stelpinnen die de kasten perfect op elkaar positioneren.
- Gieten is vaak een voorbewerking die gevolgd wordt door een nabewerking
(tot hier les 3 van gieten)
2. Verloren was methode
Eerst maken we een model niet uit hout maar uit was (zoals kaarsvet). Dit was
wordt gegoten in een metalen malletje. (bv het model op de tekening) (in praktijk
vaak ingewikkeldere modellen).
Dat wasmodel ga je meestal in meerdere exemplaren
bevestigen op een wasboom. En dan ga je die wasboom
onderdompelen in een keramische slurry (= keramiek
poeder met bindmiddel) en je gaat die wasboom daar
meerdere keren in indompelen tot dat er een dikke laag
van die keramische slurry errond zit.
Maar die keramische slurry is nog niet stevig genoeg,
dus we gaan die in de oven steken en terwijl we die in
de oven steken, gaan we het was (dat smelt) eruit
smelten. Dus finaal heb je een harde keramsiche
vorm met daarin een holte of verschillende holtes
die achtergelaten zijn door het was dat daar uit gesmolten is.
Die holte kan je dan vullen met het gesmolten metaal, dus gaat
manueel de vorm vullen. En op het einde ga je de vorm moeten
wegbreken en ga je de stukjes van de centrale staaf die meet gegoten
is moeten afslijpen. Voordeel: je hebt 8 van die stukjes gegoten in 1
keer, dus je hebt productieproces versneld tov zandgieten. Een
aantal van die bewerkingen kunnen ook geautomatiseerd worden (bv het
onderdompelen en in oven plaatsen gebeurt met een robot, dus semi-geautomatiseerde
methode)
à je kan goedkoper en sneller produceren omdat je er meerdere tegelijk kan maken.
à je kan ook ingewikkeldere vormen maken.
à zeer goede oppervlatkekwaliteit en hoge maatnauwkeurigheid, geen nabewerking
vereist
, 3. Verloren schuimmethode (snelle prototypes maken)
Vergelijking van zandgieten (1ste ) & Schuim (2de)
We maken model uit schuim of uit een soort kunststof en die kunststof plaatsen we in
een zandbak en dan gieten we het gesmolten metaal op dat kunststof. De bedoeling is
dat dat kunststof onder invloed van de warmte van dat metaal gewoon verbrand en als
rook verdwijnt (daarom schouwtje voorzien). Dus de plaats van de kunststof wordt
ingenomen door het metaal.
Maar dit gaat alleen maar goed als je dat kunststof model makkelijk kan maken. Als je
dat niet makkelijk kan maken kan je evengoed gewoon zandgieten gebruiken. Vandaag
kan je die 3D vorm maken adhv 3D printers. Dus eerst een kunstof printen en dan gieten
in een zandvorm.
(tot hier les 4 gieten)
Metalen gietvormen. à
hierbij kan je in die matrijs alleen materialen kunt gieten die een lagere smelttempartuur
hebben dan de matrijs zelf. (vooral bedoeld om non ferro materialen mee te gieten)
1. Manueel aangedreven matrijs
Energietechniek: ingaand vermogen omzetten in uitgaand vermogen
(=energietoestend)
• Pomp – Mechanische as-energie à hydraulische energie (vloeistof)
• Compressor – Mechanische as-energie à hydraulische energie (gas)
• Motor – Chemische energie à mechanische as-energie
• Turbo = stromingsmachine & Zuiger = volumetrische machine
à DOEL:
• Maximaal rendement behalen (= uitgaand vermogen/ingaand vermogen)
• Maximale levensduur van machines behalen
o Probleem: wrijving, Oplossing: smeermiddel/olie
Productietechniek (vooral focus op metaalbewerking)
• Verspaning = wegsnijden van materiaal (bv slijpen, frezen…)
o Zeer nauwkeurig (1/100ste van een mm), traag en duur
• Vervorming = vervormen van materiaal (bv plaatbewerking)
o Minder nauwkeurig (1/10de van een mm), snel en hoge investeringskost
Overbrengen van vermogen
• Kettingen = discontinue koppeloverdracht
o Trillingen en lawaai maar meer vermogen
• Riemen = continue koppeloverdracht
o Minder vermogen maar minder trillingen en lawaai
• Hydrauliek = overbrengen vermogen door vloeistof (olie) onder druk
à DOEL:
• Maximale vermogenscapaciteit/energiedensiteit (vermogen per oppervlakte)
Tribotechniek
• Wenttellagers à hoger rendement, lagere belasting mogelijk
• Glijlagers à lager rendement, hogere belasting mogelijk
à DOEL
• Minimale wrijving
• Minimale slijtage à maximale slijtageweerstan/levensduur
,Werktuigkunde Slides + lesnotites
We hebben 2 dingen gezien voor productie:
1. Vervormen
a. We vertrekken van een vaste stof die we gaan omvormen
b. Vaste stof biedt grote weerstand tegen vervormen (nadeel)
c. Als je zou vertrekken van een vloeistof is de weerstand tegen het
vervormen het kleinste (en vervorming kan daar dus zeer groot zijn) à
hierbij maken we dus gebruik van productietechniek Gieten
2. Verspanen
a. We vertrekken ook van een vaste stof maar hier gaan we materiaal
wegsnijden
D2: H1: Gieten
Bij gieten gaan we gebruik maken van:
- ijzerhoudende materialen (= ferrometalen)(Fe)
- non ferro materialen: Al, Cu, Zn, Mg
à het verschil zit in de smelttemperatuur (smelttemparuur is veel lager bij non ferro
metalen dan bij ferro metalen) (daarom heeft het gieten van non ferro metalen een
oudere oorsprong dan ferro metalen, bv brons (brons = legering van koper & tin, Cu + Sn)
Ijzer - koolstofdiagram
à geeft aan hoeveel procent koolstof u kunt
oplossen in een ijzer matrix.
à je kan verschillende lagen waarde aannemen
(zie je op de x-as), afhankelijk van het percentage
koolstof, de smeltemperatuur (bovenste lijn), dat
die een verschillende waarde kan aannemen.
à dus als je zuiver ijzer neemt is die
smeltemperatuur rond die 1500 graden
à de verschillende velden geven de verschillende
verschijningsvormen van de legering die ontstaat (de fasen) en die fasen hebben een
verschillende micro structuur (kristalstructuur).
à Er is dus een onderscheid tussen wat we staal noemen en wat we gietijzer noemen
(moet je weten) (Gietijzer = legering waarbij je voor de rode lijn bent, en waarbij je dus
meer dan 2% koolstof hebt in de legering) (staal = legering met minder dan 2% C)
,Gietijzer (C > 2%) (Ts ongeveer 1150 °C) (Kort stollingsinterval gunstig ivm metaalkorrels)
Bij het gieten omdat je veel koolstof hebt, zal de koolstof terug te vinden zijn als eilanden
van vrije koolstof, en die eilanden hebben een bepaalde vorm die afhangt van
bijkomende legeringselementen die we gaan toevoegen: (je kan 3 soorten krijgen)
- Lamellair (grijs): Grafietlamellen,
spanningsconcentraties, bros
- Nodulair (bolletjes) : sferisch grafiet, taai
- Speciale soorten: compromis tussen
sterkte, taaiheid, slijtage
à Metaalstructuur is het witte en vrije grafiet zijn de zwarte lijnen (in tekening lamellair)
à Wanneer je bepaalde legeringselementen gaat toevoegen gaat die grafiet zich
omvormen tot bolletjes (bolletjes hebben minder scherpe uiteinden dan lammelen, dus
mechanische spanning rond bolletjes zal uniformer verdeeld zijn dan bij lamellen)
à Omdat er dus bij die lamellen veel mechanische spanning zit aan de uiteinden,
en krijg je daar dus een concentratie van spanningen en die leiden dan tot
scheur/breuk initiatie (rood zijn scheuren, zwart is lammel, geel zijn spanningen
à DUS lamellair is altijd minder sterk dan een nodulair gietijzer
Bij Gietijzer is de smelttemperatuur lager, dus het temperatuurs interval van stolling is
lager. En we weten dat tijdens het stollen de metaalkorrels groeien naarmate dat ze
langer op een hogere tempartuur staan. Dus als stollingstemperatuursinterval groot is,
dan ga je grote korrels krijgen. En een materiaal met grote metaalkorrels is minder
sterk/stevig dan een materiaal met kleinere metaalkorrels.
Gietstaal (C < 0,5%) (Ts ongeveer 1500°C) (lang stollingsinterval)
Grote voordeel is dat door het lage koolstofgehalte het staal lasbaar wordt. (Gietijzer is
dus niet lasbaar door groot koolstofgehalte). Je krijgt dus wel een hoge
smeltemperatuur, en dus de werktuigen die je hiervoor gaat gebruiken moeten tegen
deze temperaturen kunnen à vuurvaste materialen gebruiken.
à stollingsinterval wordt ook groter, maar je kan hier voorzorgen voor nemen (goede
manier koelen en voldoende snel en misschien thermische nabehandeling doorvoeren)
Zeer goede mechanische eigenschappen van staal
- Treksterkte
- Vloeigrens
- Hardheid (= weerstand die het materiaal ondervindt tegen lokale indrukkingen)
- Taaiheid
(tekeningen op slides van eigenschappen met balkjes niet kennen) (tot hier les 1 Gieten)
,Bij het gieten vertrekken van een gesmolten materiaal (de smelt) en die smelt wordt in
een vorm gegoten en dan gaat die smelt stollen. Dat stollen gebeurt met een bepaalde
snelheid, dus je gaat een bepaalde temparuut moeten afleggen in een bepaald
tijdsinvertal (deltaT/deltat) à afkoelsnelheid.
Eerste probleem bij het stollen: als die afkoelsnelheid (deltaT/deltat) traag is dan krijg je
grote metaalkorrels, die grote metaalkorrels leiden tot een lage sterkte (niet goed). We
moeten dus proberen de warmteafvoer te verhogen dus delta T/deltat te verhogen (door
het verbeteren van warmteafvoer) Dit doen we op 2 manieren (convectie&conductie)
- Gebruik maken van natuurlijke convectie en geforceerde convectie & de
conductie
o Natuurlijke convectie, gewoon de wartmeafvoer die ontstaat
o Maar je kan ook geforceerde convectie gaan toepassen door daar lucht
over te blazen met bepaalde snelheid (deze geforceerde convectie gaat
meer warmte afvoeren dan de gewone)
o In beide gevallen moet je eerst die warmte door die vorm krijgen, dus eerst
van de smelt door de vorm naar de wanden komen en dus gaan we
moeten proberen de warmtegeleiding van de vorm te gaan verbeteren
o Zand is thermische geleiding en is dus slecht en je kan die
warmtegeleiding verbeteren door toevoegmiddelen in het zand die ervoor
zorgen dat conductie/warmtegeleiding in de vorm verbetert
Nog een ander probleem bij het stollen heeft te maken met vormnauwkeurigheid
- Wanneer een metaal stolt dan ondergaat het een verandering van fase, het gaat
van vloeistof fase over naar vaste fase, en dit gaat dat gepaard van
volumevermindering.
- Alvorens dat de vloeistof is vast geworden, is er een bepaalde afkoeling van de
vloeistof (de smelt). Tijdens dat afkoelen naar de stollingstemperatuur heb je ook
een volumevermindering. DUS er is volumeverandering van vloeibaar metaal +
volumeverandering door faseverandering (= krimp) à deze 2
volumeverminderingen samen noemen we de slink.
- Dus je hebt 3 volumeverminderingen
o Eerste: door vloeistof die afkoelt
o Tweede: van vloeistof die omgezet wordt in vaste stof
o Derde: van vaste stof die verder afkoelt
- Dus bij het gieten is het moeilijk om correcte eindafmetingen te bekomen
- Gieten is dus qua maatafkeurigheid niet echt goed presterend.
- Je moet ervoor zorgen dat er tijdens het afkoelen steeds nieuw materiaal kan
worden toegevoegd. Dus je gaat aan de vorm een toevoeropening toevoegen en je
vult die ook met gesmolten metaal, zodanig dat tijdens het stolproces steeds die
holte kan bijgevuld worden à Dus je moet het kanaal zetten op de plaats die het
, laatste gaat stollen !!!! Dat kanaalje noemt Opkomer. (uiteindelijk op het einde
van de bewerking verwijder je die opkomers met een slijpschijf.
- Je moet ook zien dat de gietloop goed is gemaakt, anders krijg je ook problemen
zoals
o Turbulenties: je wilt dat de stroming van het materiaal laminair is (wat dus
wilt zeggen dat het parallel is aan de wanden en dus niet turbulent is) Dus
je wilt een laminaire stroming (= vloeitstofdeeltjes bewegen parallel met
de wand) (turbulente stroming = snelheidsvectoren in alle richtingen die
niet meer parallel zijn met de wand) à als turbulenties optreden krijg je
meestal problemen. Met aanzuigingen van lucht.
§ nog iets anders dat met turbulentie samenhangt is de erosie van de
vorm. En gaan er delen van de zandvorm eroderen. Dus de gietloop
moet ervoor zorgen dat de beschadinging aan de zandvorm door
erosie geen invloed heeft op het werkstuk
o Lucht: luchtbelletjes (door turbulenties) die blijven zitten in gestolde
materiaal en die vormen dan lege poriën/holtes in het materiaal (slecht
voor mechanische stertke van het werkstuk)
o Slak: wanneer je u materiaal gaat gieten uit een gietpan, ontstaat er
bovenop de gietpan een velletje (= gestold materiaal, en dat reageert met
zuurstof uit omgeving en oxideert). Als dat velletje meegegoten wordt in
het werkstuk dan ga je oxides gaan insluiten. Dus je krijgt in het werktstuk
harde insluitsels. Dus je gaat puntjes krijgen waar spanningsconcentraties
ontstaan, en krijg je dus intitiatiepunten voor scheur en breuk. à dus we
willen dat velletje niet mee. En die oxides en onzuiverheden = slak, en we
willen slak niet terugvinden in het werkstuk
o Viscositeit: als metaal een hoge viscositeit heeft, kan je geen al te dunnen
kanaaltjes maken (dus geen werktstukken met te dunne wanddiktes),
omdat dan door stromingsweerstand de vorm niet volledig gevuld kan
worden. Oplossing
§ Door smelt onder druk in de vorm te gaan duwen, maar dit gaat niet
met zandvorm want dat laat sterkte zandvorm niet toe, dan moet je
metalen gietvormen gebruiken.
In de praktijk zie je vaak niet uitwendig dat er te weinig materiaal is gegoten. Dan krijg je
dus een slikholte.
- Dunne delen stollen eerst
- De 2 wanden zijn al gestold voor het binnenstuk is gestold en dan krijg je
slinkholte erin. Dit vermijden door opkomer te plaatsen.
,Samenvatting slides stollen
- Afkoelingssnelheid
- Traag = grote kristallen, lage sterkte
- Warmtegeleiding vorm: zand = slechte geleider
- Convectie
- Slink:
o Volumeverandering van vloeibaar metaal + volumeverandering door
faseverandering
o Volumeverandering compenseren door opkomers
Krimp = volumeverandring van vast metaal: Een stuk dat gestold is en dus verder afkoeld
gaat krimpen en dus ook in volume zal verminderen. Delen die sneller afkoelen dan
andere delen, gaan dus ook sneler krimpen. Dus dan kan je een verschil in krimp krijgen.
-
- Bv bij die eerste tekening (T vorm) zal verticale deel sneller afkoelen dan
horizontale deel eronder. En dan krijg je dus verschillende krimp tussen
onderdelen à wat zorgt tussen verschil in vervorming tussen 2 delen à dat geeft
dan lokaal een spanning à die spanning kan aanleiding geven tot de vorming van
een scheur (typisch vind je die scheurtjes in hoeken, waar je een scherpe
overgang hebt) (maar ook op ehen gedeelte zoals bij die t vorm en cilinder) (die
scheuren zijn wel slecht zichtbaar, dan kan je het werkstuk weggooien)
à daarom gaat men simulaties maken van het stollen
- Hier zijn contourlijnen berekend en getekend,
die cirkels zijn alle punten op 1 lijn die dezelfde
tijd hebben tot stollen. Punten die op zelfde
tijdstip gaan stillen zijn in een cirkel
- Deze berekeningen ga je gebruiken om te
bepalen waar de opkomers moeten komen
(tot hier gieten les 2)
,Verschillende methodes van gieten:
- Eenmalige gietenvormen (vorm niet herbruikbaar) (3 verschillende methodes)
o Zand (vorm uit zand)
§ Holte in zandvorm wordt gecreëerd door houten model
o Veroren was (vorm uit keramische slurry)
§ Holte in keramische slurry wordt gecreëerd door was model
o Polystyreenschuim (vorm maken uit zand)
§ Holte in zandvorm wordt gecreëerd door polystyreen model
- Gietvormen in metaal (wel herbruikbaar) (dure vorm, maar die kostprijs kan je
uitsmeren over alle gietingen die je doet) (4 verschillende methodes) (bij deze 4
wordt de gietvorm in een metaal, en vaak wordt de holte gemaakt door het
wegnsijden van het metaal, dus daar een verspanende bewerking) (hier is het
verschil waarop de metaalvorm zal gevuld worden)
o Manueel/gravimetrisch vullen
§ Smelt gaat door eigen zwaartekracht in vorm lopen (discontinue
methode)
o Spuitgieten
§ Smelt ga je duwen in vorm onder druk (via pomp die gesmolten
metaal in vorm gaat spuiten) (discontinue methode)
o Centrifugaalgieten
§ Gebruikmaken van centriguaalkracht, vorm aan het draaien
brengen en smelt gaat mee draaien, en centriguaalkrachten die op
smelt werken gaan die vorm vullen. (discontinue methode)
o Continu gieten
§ Vorm wordt gelijk gevuld en geledigd, dat gebruikt men om lange
producten mee te gieten (bv een staaf)
Eenmalige gietvormen
1. Zandgieten
Werkstuk maken door holte
te maken in zandvorm en die
holte word dan gevuld met
het gesmolten metaal.
Maken van holte in
zandvorm is niet makkelijk.
(10 = kern in onderkast
geplaatst)
,Dus eerste stap is een werktuigkundige tekening over wat je wil maken. Hier zie je dus
stuk holle buis, een bocht in een buis met daaraan 2 flenzen.
Dus je moet deze vorm zien te maken in een kast die
gevormd is met zand. Dus je gaat een holte maken die
precies de buitenvorm heeft van die holle buis met flenzen.
En je moet ervoor zorgen worden dat er geen materiaal kan
gegoten worden in de buis en daar moet dus in de buis
zand aanwezig zijn (alleen randen van de buis mogen gegoten worden)
De holte (groen) die dus uit zand is gemaakt in die vorm van die buis noemt men de kern.
Die kern maken we door zand aan te drukken in een model. STAP 2 op tekening, model
waarmee je de rode kern maakt, dat model wordt gemaakt uit hout. Zo’n model maak je
door hout weg te snijden dus door een verspanende bewerking. En maak je dus STAP 3
de kern.
Hoe maak je die rode holte in het zand (op tekening rood).
Dus je moet eerst in het zand een houten model plaatsen
die precies die buiten afmetingen heeft van het te
produceren product. En dat houten model plaats je in het
zand en neem je daarna weg uit het zand. Dus je hebt nu
een zandbak (zie tekening) en die bestaat uit 2 delen die op elkaar geplaatst zijn.
Vooral die kasten op elkaar worden gezet gaat men bv de onderkast nemen, en die zet
men op een plaat en die plaat zit dan in het scheidingsvlak. En onderaan die plaat zet
men de helft van het houten model op en daar plaatst men de kast op en dan gaat men
die kast vullen met zand en je stampt dat zand aan. Dit doe je hetzelfde met de bovenste
vorm. En je gaat dus ook de gietloop en opkomer als houten modellen in die kast
plaatsen en we vullen die ook met zand. Dus nu heb je 2 bakken met houten modellen
en zand. Je moet dus wel die houten modellen uit die kast verwijderen, dus je maakt die
kast open en je neemt die voorzichtig uit die kasten, en nu heb je dus zand met holtes
die overeenkomen met die houten modellen. In zand zit bindmiddel om een
mechanische sterkte te geven aan het zand zodat je die houten modellen er makkelijker
kan uithalen zonder de zandvorm te beschadigen.
Daarna ga je de kern uit zand in leggen in die holtes (en
die moet uitsteken tov van die holte, want die moet
gesteund zijn, anders gaat die niet in het midden van de
holte liggen) Kern steekt uit en steunt op het zand, en die
steunpunten noemt men kernprenten.
Dan plaatst je de 2 kasten op elkaar (waar holte en kern
inzitten) en dan ga je die vullen. Op einde maak je kast
open en haal je gegoten vorm uit zand.
,Belangrijk:
- Tijdens heel die bewerking moeten die holtes perfect gepositioneerd zijn op
elkaar en dit kan alleen als de kasten perfect gepositioneerd zijn op elkaar. Dit
gebeurt met stelpinnen die de kasten perfect op elkaar positioneren.
- Gieten is vaak een voorbewerking die gevolgd wordt door een nabewerking
(tot hier les 3 van gieten)
2. Verloren was methode
Eerst maken we een model niet uit hout maar uit was (zoals kaarsvet). Dit was
wordt gegoten in een metalen malletje. (bv het model op de tekening) (in praktijk
vaak ingewikkeldere modellen).
Dat wasmodel ga je meestal in meerdere exemplaren
bevestigen op een wasboom. En dan ga je die wasboom
onderdompelen in een keramische slurry (= keramiek
poeder met bindmiddel) en je gaat die wasboom daar
meerdere keren in indompelen tot dat er een dikke laag
van die keramische slurry errond zit.
Maar die keramische slurry is nog niet stevig genoeg,
dus we gaan die in de oven steken en terwijl we die in
de oven steken, gaan we het was (dat smelt) eruit
smelten. Dus finaal heb je een harde keramsiche
vorm met daarin een holte of verschillende holtes
die achtergelaten zijn door het was dat daar uit gesmolten is.
Die holte kan je dan vullen met het gesmolten metaal, dus gaat
manueel de vorm vullen. En op het einde ga je de vorm moeten
wegbreken en ga je de stukjes van de centrale staaf die meet gegoten
is moeten afslijpen. Voordeel: je hebt 8 van die stukjes gegoten in 1
keer, dus je hebt productieproces versneld tov zandgieten. Een
aantal van die bewerkingen kunnen ook geautomatiseerd worden (bv het
onderdompelen en in oven plaatsen gebeurt met een robot, dus semi-geautomatiseerde
methode)
à je kan goedkoper en sneller produceren omdat je er meerdere tegelijk kan maken.
à je kan ook ingewikkeldere vormen maken.
à zeer goede oppervlatkekwaliteit en hoge maatnauwkeurigheid, geen nabewerking
vereist
, 3. Verloren schuimmethode (snelle prototypes maken)
Vergelijking van zandgieten (1ste ) & Schuim (2de)
We maken model uit schuim of uit een soort kunststof en die kunststof plaatsen we in
een zandbak en dan gieten we het gesmolten metaal op dat kunststof. De bedoeling is
dat dat kunststof onder invloed van de warmte van dat metaal gewoon verbrand en als
rook verdwijnt (daarom schouwtje voorzien). Dus de plaats van de kunststof wordt
ingenomen door het metaal.
Maar dit gaat alleen maar goed als je dat kunststof model makkelijk kan maken. Als je
dat niet makkelijk kan maken kan je evengoed gewoon zandgieten gebruiken. Vandaag
kan je die 3D vorm maken adhv 3D printers. Dus eerst een kunstof printen en dan gieten
in een zandvorm.
(tot hier les 4 gieten)
Metalen gietvormen. à
hierbij kan je in die matrijs alleen materialen kunt gieten die een lagere smelttempartuur
hebben dan de matrijs zelf. (vooral bedoeld om non ferro materialen mee te gieten)
1. Manueel aangedreven matrijs
