1§1
Bij productie gaat het om het produceren van onderdelen, maar ook om het samenstellen
van de eerder gemaakte onderdelen.
1§2
Ieder materiaal heeft zijn eigen eigenschappen, deze kunnen we verdelen in twee
hoofdgroepen:
1. Functionele eigenschappen, hieronder verstaan wij alle eigenschappen die gebaseerd
zijn op de opbouw van het materiaal.
2. Bewerkingseigenschappen, hieronder verstaan wij alle eigenschappen die de
produceerbaarheid beïnvloed.
Tijdens het productieproces worden deze eigenschappen vaak veranderd, dit kan gebeuren
op twee verschillende manieren:
1. Warmtebehandeling: door te spelen met temperaturen kunnen functionele
eigenschappen en bewerkingseigenschappen worden veranderd.
2. Vervormen: Door materiaal te vervormen kunnen eigenschappen worden veranderd.
Ook is het mogelijk om doormiddel van chemische reacties eigenschappen in een materiaal
aan te passen. Echter is het dan niet alleen de eigenschap die je veranderd maar het hele
materiaal.
De manier waarop atomen stapelen bepaalt het kristalrooster wat uiteindelijk ontstaat, de
atomen binnen dit kristalrooster trekken aan elkaar. De mate van aantrekkingskracht wordt
veroorzaakt door de grootte van de atomen, de temperatuur en de onderlinge afstand. Er
zijn drie belangrijke roosterstructuren.
Kubisch vlak gecentreerd rooster: Hierbij worden atomen zo gestapeld alsof zij op de
hoekpunten van een kubus geplaatst zijn. Ook bevindt er zich een atoom in het centrum van
ieder vlak van de kubus. Er zijn verschillende metalen die onder bepaalde omstandigheden
om gaan in een kubisch vlakgecentreerde structuur.
Kubisch ruimtelijk gecentreerd rooster: Hierbij bevinden de atomen zich op de hoekpunten
van de kubus en in het centrum van de kubus. Het metaal ijzer komt veelal in deze
structuurvorm voor.
Hexagonaal georiënteerd rooster: Kijk afbeelding. Hierbij zijn slechts drie glijvlakken
aanwezig waarover de atomen kunnen afschuiven.
Wanneer je andere materialen aan een metaal toe voegt
ontstaat er een legering, er ontstaat dan een nieuw materiaal
met andere eigenschappen. Bij het legeren worden andere atomen
in het rooster van het basismateriaal gebracht, er zijn
verschillende mogelijkheden:
- De ingevoegde atomen zijn klein, waardoor zij zich in de holtes tussen de atomen van
het basismateriaal kunnen plaatsen. Hierdoor worden de eigenschappen van het
rooster verbeterd. Het rooster wordt niet verstoord.
- Door in het rooster een atoom te vervangen door een ander atoom met vergelijkbare
afmetingen kan de roosterstructuur vrijwel intact blijven, de eigenschappen
veranderen wel aanzienlijk.
,Geen een materiaal is 100% homogeen, er kunnen verschillende onregelmatigheden in de
kristalstructuur voorkomen:
- Vacatures: dit zijn plaatsen in het kristalrooster waar een atoom ontbreekt.
- Dislocaties: Dislocaties zijn onregelmatigheden in de roosterstructuur doordat
atoomvlakken niet exact op elkaar passen. Dislocaties spelen een belangrijke rol bij
het plastisch vervormen van metalen.
- Vreemde atomen: in het regelmatige rooster zullen op sommige plekken atomen
vervangen zijn door andere atomen. Deze vreemde atomen passen meestal niet
helemaal in het rooster, hierdoor ontstaat extra spanning.
Wanneer gesmolten metaal afkoelt, komen de atomen dichterbij elkaar, zodat ze hun positie
in het rooster kunnen nemen. Op bepaalde plaatsen ontstaan kiemen waaruit de kristallen
worden opgebouwd. Doordat de kiemen willekeurig uitgroeien tot kristallen, zal ieder kristal
zijn eigen oriëntatierichting hebben. Om een fijne structuur te kunnen bereiken, worden bij
bepaalde metalen extra chemische elementen ingemengd die de kiemvorming bevorderen.
Het is mogelijk om het kristallisatieproces opnieuw in te zetten, de rekristallisatie is
afhankelijk van:
- Deformatiegraad
- Temperatuur
- Tijd
Hoe hoger de deformatiegraad, hoe lager de temperatuur waarop de rekristallisatie kan
optreden. Wanneer een materiaal met een geringe deformatiegraad wordt gerekristalliseerd
ontstaat vaak een grove structuur.
Een voorbeeld van een legering is roestvaststaal. De C-atomen die zich in de holtes bevinden
zorgen ervoor dat staal sterker is dan het oorspronkelijke ijzer. De eigenschappen van staal
hangen erg samen met het koolstofpercentage. Hierdoor kan de sterkte dus behoorlijk
fluctueren. Dat is dan ook de reden dat treksterktes vaak met een behoorlijke tolerantie
worden opgegeven. Door zulke inhomogeniteiten kunnen de productieprocessen die we in
H2 gaan behandelen echter minder stabiel en voorspelbaar worden.
Tot een bepaalde verlenging zal de verlenging elastisch zijn: de staaf veert weer terug naar
zijn oorspronkelijke vorm zodra de kracht wordt verwijderd. Een vervorming is elastisch
zolang de verschuiving niet meer dan een halve atoomlengte is. Als de vervorming meer
wordt dan schuift de structuur door naar de volgende holte en is de vervorming blijvend,
plastisch dus. Er is een lineair verband tussen de opgelegde spanning en de daardoor
veroorzaakte rek, deze vaste verhouding is de elasticiteitsmodule.
Hoe fijner de kristalstructuur is, hoe sterker het materiaal en hoe homogener het materiaal
zich zal gedragen. Bij metalen zien we een sterke binding tussen alle atomen in een kristal.
Bij moleculen is er een sterke binding tussen de atomen in een molecuul en is de binding
tussen moleculen onderling veel zwakker. Om deze reden kan een molecuul maar bestaan
uit een beperkt aantal atomen. Een kunststof is een molecuul wat uit meerdere moleculen is
opgebouwd, ze kunnen in drie hoofdgroepen ingedeeld worden.
1. Thermoplasten: de lange molecuulketens zijn op een fysische manier aan elkaar
verbonden. Verhogen van de temperatuur kan ertoe leiden dat de fysische
verbindingen hun kracht verliezen, waardoor thermoplasten vloeibaar kunnen
worden.
2. Elastomeren: naast de fysische aantrekkingskrachten tussen de moleculen zijn er ook
lichte chemische verbindingen, deze zorgen ervoor dat de elastomeren elastisch zijn.
, Door de chemische bindingen binnen het elastomeer is het smelten van de kunststof
niet mogelijk.
3. Thermoharders: lange molecuulketens onderling verbonden op een sterk chemische
manier. De sterkte van deze chemische verbinding blijft in takt, ook als de
temperatuur opgevoerd wordt. Wanneer de verbinding tot stand is kan de stof niet
meer vloeibaar gemaakt worden.
1§3
Elk productieproces start met een materiaal in een bepaalde uitgangsvorm, deze vorm is
bepalend voor de uit te voeren productiestappen. Kijken we naar metalen dan worden die
zelden als zuiver materiaal toegepast, door het aanbrengen van bepaalde hoeveelheden van
andere elementen kunnen materiaaleigenschappen worden verbeterd. Om een
metaallegering te maken worden de metalen eerst vloeibaar gemaakt. In vloeibare vorm is
het materiaal niet te vervoeren, om deze reden worden er blokken van gemaakt. Dit is de
vorm van het uitgangsmateriaal voor andere bewerkingen. Het uitgangsmateriaal van
kunststoffen is granulaat, dit zijn kleine balletjes van het materiaal.
Wanneer iemand metaalplaten wil produceren, zorgt men er bij het gietproces al voor dat
het materiaal in rechthoekvorm wordt gegoten, hierna wordt deze uitgewalst tot een
bepaalde dikte. Wanneer de platen vervoert moeten worden, worden ze opgerold tot coil
(rollen metaal). De maximale coillengte hangt af van de oorspronkelijke afmetingen van het
uitgangsmateriaal voor het walsen en van de te walsen materiaaldikte. Coils worden vaak
geproduceerd door bedrijven die hier gespecialiseerd in zijn.
Om ervoor te zorgen dat de coils minder worden aangetast en zo langer goed blijven worden
de producten voorzien van een corrosiewerende oppervlaktelaag. Wanneer de coils
vervolgens gelast worden laat deze laag los, hier moet rekening mee worden gehouden.
Vanuit gegoten blokken metaal kunnen standaard handelsproducten als hoeklijnen, T-
profielen, Z-profielen etc. worden geproduceerd door het ‘’trekken’’ van profielen. Bij het
trekken van profielen wordt materiaal door een matrijs getrokken, hierdoor neemt het de
gewenste vorm aan.
Ook kan je extrusie gebruiken, het trekken van profielen lijkt erg op het extrusieproces.
Zowel metalen als kunststoffen kunnen geëxtrudeerd worden, er zitten wel duidelijke
verschillen in het proces.
Bij extrusie van metalen wort uitgegaan van een standaardblok dat in een pers door een
matrijs geperst wordt. Hierdoor is de maximale extrusielengte afhankelijk van het volume en
profielmassa per meter. Bij kunststoffen wordt niet uitgegaan van een blok materiaal, maar
van granulaat dat tijdens het extruderen tot een homogene massa wordt verwerkt. Hierdoor
kunnen kunststof extrusieprofielen in principe eindeloos zijn. Het extruderen van profielen
onderscheid zich ten opzichte van het trekken van profielen doordat er ook producten met
holle ruimtes kunnen worden geproduceerd.
Het vormgevingsproces van metalen begint altijd in de vloeibare fase. Een gegoten blok
metaal kan met behulp ban een smeedproces worden omgevormd tot een nieuw
uitgangsmateriaal. Het smeedproces kan zowel warm als koud worden uitgevoerd. Door de
gegoten materialen te smeden ontstaat een uitgangsmateriaal dat een fijnere structuur
heeft gekregen. Hierdoor kunnen onderdelen geproduceerd worden die bij gelijk gewicht
een hogere sterkte hebben.
Er kan ook gekozen worden voor metalen of kunststoffen in poedervorm gebruiken bij het
productieproces. Het poeder wordt dan in de vorm gebracht waarna het wordt verhit.
, 1§4
De keuze voor een bepaalde productietechniek is gebaseerd op eigenschappen die het
product na de productie moet hebben. Er zijn vaak meerdere productietechnieken
waartussen gekozen kan worden. Als duidelijk is welke productietechnieken toegepast gaan
worden komt het bedrijfseconomische aspect om de hoek kijken. Er moet gekozen worden
voor de meest optimale techniek. Het speelt een belangrijke rol welke technieken men zelf
in huis heeft en welke technieken uitbesteed moeten worden.
Er zijn drie hoofdmanieren om een materiaal naar de gewenste productvorm te krijgen:
1. Toevoegen van materiaal: door steeds materiaal toe te voegen ontstaat de gewenste
product vorm. Ook wel Additive Manufacturing (AM), denk aan 3D-printen.
2. Omvormen van materiaal: Uitgangsmateriaal wordt omgevormd tot de juiste
vormgeving, de hoeveelheid materiaal blijft hetzelfde. Denk hierbij aan smeden,
trekken en buigen.
3. Verwijderen van materiaal: er wordt een hoeveelheid uitgangsmateriaal genomen,
hiervan wordt materiaal verwijderd tot de gewenste vorm bereikt is.
1§5
Een nieuw product wordt ontwikkel wanneer er een bepaalde marktbehoefte is
gesignaleerd. Aan de gesignaleerde marktbehoefte zijn randvoorwaarden verbonden:
- Wanneer het product op de markt moet zijn (time-to-market).
- Wat voor verkoopprijs maximaal toelaatbaar is.
- Wat voor uniek design de markt verlangt.
Aan de hand van deze eisen gaan productontwikkelaars aan de slag. De keuzes die door de
productontwikkelaar gemaakt worden leggen 70 tot 80% van de productieprijs vast. De
productontwikkelaar is dus de belangrijkste partij bij het vastleggen van de productiekosten,
om deze reden moet hij/zij goed weten hoe producten geproduceerd kunnen worden. Het is
erg belangrijk dat de kostprijs in de buurt van het optimum komt te liggen.
Door productieproblemen die men op de werkvloer ervaart terug te koppelen aan de
productontwikkeling kan veel geleerd worden. Ook kan er in het vervolg rekening mee
worden gehouden.
Inkoopprijzen van materialen kunnen in de loop van de tijd flink dalen en stijgen. Het is
belangrijk om dergelijke momenten te herkennen, en het ontwerp hierop aan te passen.
1§6
Er wordt gebruik gemaakt van de manier waarop materialen reageren op het veranderen
van de temperatuur. Tijdens het verhogen van de temperatuur neemt de bewegelijkheid van
de moleculen toe en zal de onderlinge afstand van de atomen toenemen. Bij toenemende
temperatuur:
- Neemt de uitzettingscoëfficiënt toe
- Neemt de soortelijke warmte toe
- Neemt de warmtegeleidbaarheid af
- Neemt de sterkte af
- Neemt de rekbaarheid toe
- Neemt de elasticiteitsmodule toe
Bij productieprocessen wordt vaak gewerkt met materialen die van temperatuur
veranderen. Word er geproduceerd met een hoge temperatuur, dan zal er rekening
