Caseboek_matrijs

Stenden hogeschoolWerktuigbouwkunde

W2

Case ProductiegereedschapMATRIJS

INHOUD

Hoofdstuk 1 Algemeen 1Auteur: G. Olsder

Hoofdstuk 2 Het Eindproduct 7Auteurs: G. Olsder ; R. Folkersma

Hoofdstuk 3 Het Spuitgietproces 15Auteurs: G. Slot ; R. Folkersma

Hoofdstuk 4 Materiaalkunde Kunststoffen 69Auteur: R. Folkersma

Hoofdstuk 5 Ontwerp Product 81Auteur: G. Olsder

Hoofdstuk 6 Ontwerp en Constructie Matrijs 89Auteur: G. Olsder

Hoofdstuk 7 Moldflow 97Auteurs: G. Ottens ; R. Folkersma

Hoofdstuk 8 De Aanpak van een Onderzoek 117Auteur: R. Guit

Hoofdstuk 9 Productiekosten 129Auteur: R. Folkersma

Case productiegereedschap Matrijs - Stenden hogeschool _______________________________________________________________________________________


W2


Hoofdstuk 1 - Algemeen


Algemeen

1.1 Inleiding

De case Productiegereedschap Matrijs zal het proces beschrijven van het ontwerpen van een spuitgietmatrijs voor een gegeven product.Omdat het in beide gevallen gaat om productgebonden gereedschap is het van groot belang om een goede analyse uit te voeren van het gegeven product.

Voor de spuitgietmatrijs zal het gaan om een eenvoudig spuitgietproduct uit een thermoplastische kunststof. Men kan het product niet los zien van het productiegereedschap: er is vrijwel een één op één relatie. Als men het product wijzigt dan zal men bijna altijd ook het gereedschap moeten aanpassen. Het is in feite een Yin/Yang relatie() Vandaar dat men vaak de naam productgebonden gereedschap gebruikt.Binnen de case zal in grote lijnen een antwoord moeten worden gevonden op o.a. de volgende vragen: Wat voor product moet er nu precies geproduceerd worden? Van welk materiaal moet het product gemaakt worden? Wat moet je weten om daarvoor een matrijs te ontwikkelen? Welke informatie moet je verzamelen om antwoorden op deze vraag te krijgen? Wat moet er gebeuren om een matrijs te fabriceren? Welke procesparameters zijn er? Welke zijn voor de productie van het grootste belang? Wat kost het product en wat levert het op? Welke investeringen moeten er worden gedaan en wat zijn de kosten hierbij?Het geheel moet gebeuren onder een beheerste projectmatige aanpak.Deze case heeft een sterk uitdagend karakter omdat er binnen een zeer kort tijdsbestek een relatief grote prestatie moet worden geleverd.

1.2 Doelstellingen

Na het doorlopen van deze case is het de verwachting dat studenten de volgende vaardigheden en kennisgebieden hebben versterkt of zich eigen hebben gemaakt: In staat zijn een ontwikkelingstraject voor productgebonden gereedschap te volgen en in fasen uit

te voeren In staat zijn een goede gesprekspartner te zijn voor specialisten op dit terrein In staat zijn om voor de gestelde eisen en wensen een geschikte oplossing te geven dan wel

voorstellen te doen die tot een geschikte oplossing zullen leiden In staat zijn tot het opstellen van een planning voor de vereiste activiteiten die tot een goed

resultaat zullen leiden Een beeld hebben van het spuitgietproces c.q. het ponsproces Een beeld hebben van de diverse mechanische eigenschappen en van de be- en

verwerkingseigenschappen van het productmateriaal Een beeld hebben van de be- en verwerkingseigenschappen en mogelijkheden van de constructie

materialen voor de genoemde productiegereedschappen In staat zijn zich goed te kunnen inleven in de werkzaamheden tijdens de stageperiode in een

kunststof c.q. metaalverwerkend bedrijf

1.3 Eindtermen

Vanuit de voornoemde doelstellingen kunnen de volgende eindtermen worden opgesteld: een beknopte verslaglegging, waarbij de onderstaande punten volledig aan bod komen


een logboek in de vorm van een Technisch Constructie Dossier waarin dagelijkse opvallende zaken beknopt zijn weergegeven

een volledige set tekeningen:van het productvan de matrijs

een stereolithografie model van het product dat een indicatie geeft van de vormholte een Moldflow analyse

een materiaal specificatie van:het productde matrijs

voorstellen voor de matrijsholte behandeling voorstel voor de productie procesparameters een kostprijsberekening:

van het productvan het gereedschap

een vergelijk van de oorspronkelijke planningen en hoe het werkelijk is verlopen montage voorschriften voor inbouw in de spuitgietmachine gegevens over onderhoud, levensduur e.d. gegevens over product hantering, -verpakking e.d.

1.4 Oriëntatie

Nu in grote lijnen duidelijk is geworden waar de Case Productiegereedschap Matrijs over zal gaan is het verstandig om zich te oriënteren in alle activiteiten die uitgevoerd moeten worden om een werkelijk productiegereedschap te realiseren.Men moet zich “inleven en inlezen” in het probleem, zoals met alle ontwikkelingstrajecten is het hier ook weer: “bezint eer ge begint”.Uit de praktijk blijkt dat de meeste problemen in het productiestadium te wijten zijn aan fouten en vergissingen in het ontwerpstadium: achteraf had men wat meer aandacht moeten schenken aan bepaalde aspecten. Juist met productgebonden productiegereedschappen is het uitermate belangrijk dat men een goed en duidelijk beeld heeft van het te produceren product. Immers een latere verandering in het product vergt vrijwel altijd een kostbare en tijdrovende verandering van het gereedschap. Bovendien is een kenmerk van deze tijd dat er geen tijd meer is om het over te doen: ook al betaal ik de gereedschapmaker het tienvoudige, de frees zal er niet sneller door gaan frezen, een fabricage-proces heeft zo zijn tijd nodig. De productontwikkelingstrajecten en dus ook de daarmee verbonden ontwikkeling van het productiegereedschap worden steeds krapper gepland. De kreet verkorting van de “Time-to-Market” geeft hierbij aan dat men steeds sneller producten wil ontwikkelen om als eerste op de markt te komen en zo ook in korte tijd een grote omzet te halen. Immers wat men in principe wel kan bepalen is de introductiedatum van een nieuw product. Waar men geen of veel minder grip op heeft is wanneer het product weer uit de markt wordt genomen of wordt vervangen door een concurrerend product. Dus streven naar “in één keer goed” (First time right) in plaats van het steeds maar corrigeren van fouten.Vooral het opstarten van een project voor de ontwikkeling van een nieuw product in combinatie met het gereedschap vergt veel aandacht en inspanning van een projectgroep.Er wordt in deze case een groot beroep gedaan op zelfredzaamheid en zelfwerkzaamheid, veel informatie zal door de studenten zelf moeten worden verzameld uit diverse informatiebronnen zoals de mediatheek, fabrikantendocumentatie, internet e.d.

De randvoorwaarden waarbinnen dit alles moet gebeuren zijn als volgt samen te vatten: de beschikbare tijd is 240 - 12 = 228 SBU, waarvan naar schatting 151 SBU volgens het

stappenplan en de overige 77 SBU in de vorm van informatieblokken over ondersteunende vakgebieden.


er wordt gebruik gemaakt van alle tot op het moment van aanvang van het project gevolgde vakken (o.a. mechanica, sterkteleer, stromingsleer, thermodynamica, materiaalkunde, wiskunde etc.) en uitgevoerde cases.

de uitvoering gebeurt door groepen W2-studenten, groepsgrootte ca 5 personen het project wordt afgewikkeld binnen een tijdsperiode van ca 18 weken het gereedschap moet kunnen functioneren op een aangewezen opstelling binnen de HDE de fabricagewerkzaamheden worden binnen de productiewerkplaats van de HDE uitgevoerd,

gebaseerd op afspraken met de betreffende beheerder het project moet uitgevoerd worden onder een intensieve, creatieve en constructieve

samenwerking zowel binnen de ontwikkelingsgroep als daarbuiten er is een bereidheid om wijzigingen en veranderingen te beschouwen als kansen om nieuwe kennis

te vergaren en nieuwe grenzen te ontdekken.

1.5 Huishoudelijke afspraken voor gebruik van specifieke informatiebronnen

In verband met de grote hoeveelheid vereiste specifieke informatie is er besloten om in de mediatheek een kleine speciale infohoek in te richten waar een aantal ordners, boeken en andere naslagwerken zijn neergelegd.Het doel van deze case infohoek is het beschikbaar stellen van informatie in een zeer brede vorm ten behoeve van het productiegereedschap en productontwikkelingstraject.Omdat de meeste informatie stamt uit de privé verzameling van o.a. dhr. Olsder, dhr. Palthe, dhr. Slot en dhr. Folkersma moeten we aan het gebruik hiervan een aantal “dwingende” regels verbinden. Het zal duidelijk zijn dat we deze informatie, die wij als docenten en privé personen in de loop van jaren hebben opgebouwd, niet willen kwijt raken door onoplettendheid of een niet serieuze benadering.

De volgende afspraken moeten derhalve gemaakt worden:

De normale mediatheek regels zijn van toepassing

Inzage in en maken van kopieën van deze informatie alleen binnen deze ruimte

Als er materiaal zoek raakt dan geeft dit zodanige problemen dat we wellicht genoodzaakt zijn de informatie helaas weer achter slot en grendel op te bergen

Ga er dus zorgvuldig mee om, neem het nooit mee buiten de school en/of mee naar huis

In uitzonderlijke gevallen en pas na uitdrukkelijk en schriftelijke toestemming door de case begeleidende docenten of mediathecaris kan er van deze regels worden afgeweken!

Als we met zijn allen deze regels in acht nemen kunnen we er allemaal plezier van hebben en deze naar verwachting interessante en uitdagende case tot een succesvol einde brengen.


Case Productiegereedschap MatrijsFlowschema


P.v.E

Product ontwerp B1

Product ontwerp A1

Gereed- schap ontwerp A2

Gereed- schapontwerp B2

Verslag + tekening A1

Verslag + tekening B1

Verslag + tekeningen A2

Verslag + tekeningen B2

Fabricage van 1 gereedschap (of onderdelen)

Beproeving

Eindverslag


W2


Hoofdstuk 2 – Het Eindproduct


Deel I - Algemeen

2.1 Inleiding

2.1 Inleiding . . . . . . . . . 12.2 Doelstellingen . . . . . . . . . 12.3 Oriëntatie . . . . . . . . . 12.4 De programmering. . . . . . . . . 22.5 Leerstof . . . . . . . . . 32.6 Opdrachten . . . . . . . . . 4

Nu in hoofdstuk 1 uiteen is gezet waar het in grote lijnen om gaat in deze case zal nu meer specifiek worden besproken over welk product het gaat.Voor de Case Matrijs Productiegereedschap is het product de kap van de windrichtingsmeter, zoals die wordt gebruikt in 1e jaars case WIRI. De studenten gaan zich hier bezig houden met de ontwikkeling van een matrijs voor dit product. In grote lijnen zal het ontwikkelingstraject gebaseerd zijn op een stappenplan zoals dat in Hst 2.3 is aangegeven. In dit plan zijn in algemene termen de diverse stappen voor de ontwikkeling van een productiegereedschap weergegeven. De voor de diverse stappen noodzakelijk geachte kennis en kunde zal in aparte hoofdstukken worden aangeleverd.Hoofdstuk 2 Het Eindproduct vormt het kernstuk voor deze case productiegereedschap, de andere hoofdstukken hebben een “dienstverlenend” karakter om het primaire proces van de gereedschapontwikkeling te ondersteunen.Voor de Case Productiegereedschap Matrijs is een productvoorstel gekozen waarvoor de volgende motivatie opgaat:Vanwege economische productie, bruikbaarheid, promotionele mogelijkheden en uitdaging is gekozen om de WIRI-kap, zoals die in de 1e jaars case WIRI nog met verspanende technieken werd vervaardigd, nu d.m.v. spuitgiettechniek te gaan vervaardigen.Om te zorgen dat er in principe een maakbaar product aan het eind van de case beschikbaar is, moet het product zelf aan een aantal randvoorwaarden voldoen. De belangrijkste eis is in feite de “spuitgietbaarheid” van het product op de binnen de HDE beschikbare spuitgietmachines.

2.2 Doelstellingen

Als de student alle genoemde taken naar behoren heeft uitgevoerd bezit hij of zij de volgende kennis en vaardigheden:

Een planning maken Methodisch kunnen ontwerpen Integraal ontwerpen

2.3 OriëntatieEen belangrijke stap in de uitvoering van een project is het zich oriënteren op de komende activiteiten. Oriënteren is hier letterlijk het zoeken naar de juiste richting waarin het project moet gaan verlopen: in welke richting moeten we gaan om het gewenste einddoel te bereiken, en welke uitrusting moet ik dan kiezen om het risico van verdwalen tot een minimum te beperken.Parallel aan het uitvoeren van een wandeltocht moeten we dus zorgen voor een goede routekaart en een kompas om te kunnen navigeren. Verder moeten we in principe wat verkenningsonderzoek uitvoeren, bijvoorbeeld op een hoger punt gaan staan om overzicht te krijgen, om het eerste stuk van de marsroute te kunnen bepalen.Deze verkenning is al enigszins uitgevoerd, vandaar dat er al een globale marsroute is vastgelegd: het stappenplan in Hst 2.3


Hieruit moet ook een beeld naar voren komen van de gewenste “uitrusting”, in feite een combinatie van de grootte van de rugzak en vooral van wat er nu direct in moet komen om te kunnen overleven en wat zullen we onderweg gaan verzamelen en uitvoeren zodat we steeds verder kunnen gaan tot het gewenste einddoel wordt bereikt.

2.3.1 BeginvereistenCase Instrumentbehuizing

2.3.2 LeermiddelenKroonenberg, H.H. van den, e.a.: Methodisch ontwerpen, Educaboek, Culemborg 1992

2.3.3 StudielastVoor het uitvoeren van alle taken van dit hoofdstuk is ca. … SBU nodig.

2.4 De programmeringDe programmering, met daarin aangegeven een globale omschrijving per uit te voeren stap en daaraan gekoppeld een globale uren inschatting. Er wordt hier nadrukkelijk gesproken van een globale ureninschatting omdat het stappenplan onderweg diverse keren zal bijgesteld moeten worden doordat de omstandigheden zich ter plekke anders voordoen dan was voorspeld. Dit is in feite één van de kenmerken van een project: het kunnen inspelen op veranderende omstandigheden op basis van een vooropgesteld plan.Parallel aan het hier weergegeven stappenplan zullen de kennis en vaardigheden voortdurend aangevuld moeten worden op basis van wat men wel noemt “voortschrijdend inzicht”. Tijdens het project (de zoektocht naar de oplossing voor het probleem) zal men telkens ontdekken dat er informatie ontbreekt en/of onvolledig is. Om deze kleine “kloven en ravijnen” over te kunnen steken zal men actief moeten zoeken naar informatiebruggen e.d. Er wordt hier dan ook vanuit gegaan dat er een zeer actieve groep ontwikkelaars op weg is.

2.4.1 Tabel Stappenplan

Voorbeeld van een globaal stappenplan met uren. Het geeft alleen een voorstel voor de stappen in de praktische realisatie en geeft geen leerstof-, bespreking- en verslaggevingsstappen.

Stap Omschrijving stappen praktische realisatie Case Stempel/Matrijs Uren0 Inleiding 21 Planning en organisatie voor product. Voorspellen van doorlooptijd,

ontwerpproces product, kritische ontwerpstappen, go-nogo’s4

2 Specificatie productontwerp, P.v.E., functieblokschema, (morfologisch overzicht van minsten 3 varianten), definitief productconcept qua o.a. geometrie en materiaal. ’t Beste product op detailniveau wordt verder uitgewerkt)

23

3 Vastlegging productontwerp(o.a. tekenen in 3D CAD en overige specificaties) 84 Bepalen productiegereedschap 185 Planning en organisatie voor productiegereedschap. Voorspellen van doorlooptijd

ontwerpproces productiegereedschap, kritische ontwerpstappen, go-nogo’s, kostenschatting

8

6 Sterkteberekening productiegereedschap. Vervormingen (a.g.v. knik/buiging) 107 Materiaalkeuze productiegereedschap 88 Definitief ontwerp productiegereedschap, ’t Beste productiegereedschap wordt

mede gebaseerd op zoveel mogelijk standaard onderdelen. Productiegereedschap ontwerpen en tekenen in 3D CAD; output tekening. Hulp van

16


normenbibliotheek .DXF module9 Specificeren van inkoopdelen voor product en productiegereedschap,

kostenvoorcalculatie, bestellen inkoopdelen4

10 Omzetten tekening productiegereedschap naar CNC-programma 411 Fabricagevoorbereiding productiegereedschap, kostenvoorcalculatie fabricage 412 Fabricage van (onderdelen van) productiegereedschap, CNC frezen, slijpen, boren 3013 Geometrisch 3D nameten productiegereedschap 814 Samenbouwen productiegereedschap 1015 Beproeven op machine 216 Productcontrole a.d.h.v. P.v.E. 417 Optimalisatie proces of gereedschap opdat voldoet aan P.v.E. 16

Totaal 180

Deel II – Opdrachten

2.6 Opdrachten

Maak op basis van kennis opgestoken uit leerstof, werkelijke productvoorbeelden van spuitgietproducten, matrijzen(literatuur) en eigen inzichten een productontwerp. Omschrijf en verklaar het productontwerp. Werk volgens methodisch ontwerpen.

Uitgangspunten voor de eerste opzet van een programma van Eisen(P.v.E.):1. Inventarisatie: De samenstellingstekening en de detailtekening van de onderkap als draaideel uit

materiaal PVC. 2. Een ontwerp voor de kap, die zowel als bovenkap en als onderkap gebruikt kan worden in het Wiri

ontwerp. Behalve de gaten voor bevestiging aan het huis, dient in de kap een M12 gat te komen, dat gebruikt wordt voor de draadstang, alsmede een gat PG7 voor een kabelaansluiting. In de kap dient ook een gat van ongeveer 30,2 mm doorsnede te komen voor het inpersen van de lagerbus.

3. De kabeldoorvoer hoeft niet onder een hoek te worden geplaatst, dit is i.v.m. hoger matrijskosten(ondersnijding, beweegbare kernen).

4. Er dient een afdichting tegen het huis te komen, hiervoor dient een tweede kunststof in de matrijs gespoten, neem dit mee in het ontwerp.

5. Andere onderdelen van de Wiri gelijk houden aan de huidige.6. Het product moet vervaardigd kunnen worden middels het spuitgietproces op een Ferromatik

spuitgietmachine met productgebonden gereedschap7. Eenvoudige openen dichtmatrijs 8. Een totaal seriegrootte van 250 stuks per jaar9. Matrijs moet worden voorzien van recyclingsteken.

Dit P.v.E. moet verder zelf aangevuld worden met eisen, die zoveel mogelijk kwantitatief zijn.

2.6.1 Opdracht specificatie van het productontwerp

M.b.t. het product:1. Definieer de hoofdfunctie van het product2. Welke gebruikerseisen (functie) en fabricage eisen (technologie, faciliteiten en kostprijs) zijn nog

meer van belang in het P.v.E? Welke zijn eisen en welke zijn wensen?3. Definieer deelfuncties en teken een functieblokschema4. Zoek productvoorbeelden op


5. Maak een morfologisch overzicht en bepaal een aantal varianten6. Bepaal de gewenste kunststofsoort7. Bepaal de geometrie van de kap voor spuitgieten. Pas relevante constructieregels toe voor het

ontwerpen van spuitgietproducten. Modelleer de geometrie in het CAD-tekenprogramma: Maak een parametrisch model, waarin de wanddikte uniform kan worden gewijzigd. Maak van het parametrisch model een STL-bestand, voor het uitvoeren van een

spuitgietsimulatie m.b.v. Moldflow. bereken het productgewicht en shotgewicht e.d.

8. Voer het STL-bestand in Moldflow in(al of niet met een conversieslag). Welke problemen kom je tegen bij het invoeren van het STL-bestand.

9. Doe een optimalisering in Moldflow van: De wanddikte Plaats en type aanspuiting Verkorting van de injectietijd Vloeinaadpositie Check ontluchting De koeling(optioneel)

10. (Bereken de stijfheid van het product)11. Bepaal de gewenste kwaliteit van het product, denk aan tolerantie eisen voor dit product, denk ook

aan vormnauwkeurigheid en oppervlakte eisen 12. Maak een definitief productontwerp en leg dit vast in een beknopt verslag M.b.t. de fabricage:13 Noem zelf andere technologieën om de kap te vervaardigen 14 Toon met een berekening en of een Moldflow-simulatie aan of het product vervaardigd kan worden

middels het spuitgietproces op de beschikbare spuitgietmaschine

2.6.2 Opdracht vastlegging van het productontwerp

Leg op basis van de specificaties uit 2.6.1 het productontwerp vast op tekening.

Opdrachten:

Teken in Unigraphics het definitief productontwerp WIRI-kap. Doe dit parametrisch, zodat daarna zonodig de maten eenvoudig in verhouding gevarieerd kunnen worden.

Vermeld definitieve maten, ruwheden, maat-, plaats-, en vormtoleranties. Maak 2D afdruk.

2.6.3 Opdracht specificatie van het gereedschapsontwerp

Maak op basis van het productontwerp uit 2.6.1 en 2.6.2, van kennis opgestoken uit leerstof, van werkelijke voorbeelden van spuitgietproducten en van eigen inzichten een ontwerp voor de matrijs. Licht je keuzes toe, omschrijf en verklaar de spuitgietmatrijs. Werk volgens methodisch ontwerpen.In de volgende blokken zijn opdrachten geformuleerd, die tot doel hebben het eigenlijke ontwerpproces van de matrijs te ondersteunen. Omdat het ontwerpproces een iteratief proces is, dient er misschien op bepaalde opdrachten terug gekomen te worden of moet misschien het productontwerp aangepast worden.


Opdrachten: Keuze van de soort matrijs

1 Definieer de hoofdfunctie van de matrijs2 Welke gebruikseisen (functie), fabricage-eisen (beperkingen) en milieu-eisen zijn van belang in

het P.v.E? Welke zijn eisen en welke zijn wensen? Opmerking: met het oog op de vervaardigings-kosten, is het vermijden van complexiteit van de matrijs hier een duidelijke eis.

3 Definieer deelfuncties en teken alternatieve functieblokschema’s. 4 Maak een morfologisch overzicht en bepaal minstens 3 varianten (= alternatieve structuren). 5 Kies het soort gereedschap naar functie. Ga als keuzemodel uit van de Kesselring-methode

besproken in de documentatie. 6 Verwerk voorgaande in een verslag

Opdrachten: Globaal ontwerp van de matrijs

Punten 1-8 (Construeren in kunststoffen deel I-C voor TW4M CK4) 1. Bepaal uitgaande van het product de afmetingen en het aantal productholtes in de matrijs2. Bepaal de produktkrimp van het kunststofmateriaal en de eigenschappen van het kunststof-

materiaal i.v.m. te gebruiken metalen voor de matrijsblokken3. Bepaal de matrijsdeling4. Bepaal de aanspuitmethode5. Bepaal de plaats van de aanspuiting 6. Bepaal de metaalsoort(en) voor de matrijs7. Bepaal de automatiseringsgraad van de matrijs in de produktie: De vereiste automatiseringsgraad

van de matrijs in de produktie bepaalt welke aanspuitingsmethodes toegepast moeten worden, en welke uitstoters gebruikt moeten worden.

8. Bepaal de koeling lay-out van de matrijs9. Bepaal de fabricagemethode van de matrijs10. Bepaal de afmetingen en aantal leipennen en bussen11. Bepaal de afmetingen en aantal centreerpennen en bussen12. Bepaal de afmetingen en aantal uitstootplaten en pennen13. Bepaal de serie of run grootte, deze is sterk bepalend voor de matrijskonstruktie.14. Bepaal de grootte van de matrijsblokken(platen), gebruik zo veel mogelijk standaard afmetingen.15. Verwerk voorgaande in een verslag

Spuitgietmaschine gegevens Robot (ja/nee) Tekeningen Wiri-kap Hasco Machinepark(m.b.t. fabricage Matrijs) Ontwerpen van Matrijs CK4 Modulewerkboek

2.6.4 Opdracht vastlegging van het gereedschapontwerp

Opdrachten:

1. Maak stuklijst. Vermeld daarbij relevante maten, materialen en warmtebehandelingen.

2. Leg met tekeningen de niet-standaard onderdelen of bewerkingen vast in Unigraphics. Gevraagd wordt een samenstellingstekening en hiervan afgeleide mono’s. Vermeld ruwheden, maat-, plaatsen vormtoleranties.

3. Bundel alles tot een leesbaar verslag.



W2


Hoofdstuk 3 – Het Spuitgietproces


Deel I - Algemeen

3.1 Inleiding

3.1 Inleiding. . . . . . . . 13.2 Doelstellingen . . . . . . . 13.3 Oriëntatie . . . . . . . . 13.4 De programmering . . . . . . . 23.5 Leerstof . . . . . . . . 33.6 Opdrachten . . . . . . . . 3

Zoals uit eerdere cases (o.a. W1 Productanalyse en W1 Productieproces) al naar voren is gekomen is een spuitgietproduct het resultaat van een proces waarbij een kunststof materiaal in de vorm van granulaat wordt “getransformeerd “ tot een kant-en-klaar product met gewenste speciale eigenschappen en bepaalde kwaliteitskenmerken. Over het algemeen zullen o.a. de mechanische eigenschappen van de oorspronkelijke kunststof in de vorm van granulaat iets verslechteren doch bij een goede procesvoering op een gewenst kwaliteitsniveau blijven. Nu het duidelijk is dat het spuitgietproduct het resultaat is van een vrij complex proces is het verstandig om een korte analyse te maken van de onderdelen die voor een groot deel het spuitgietproces bepalen. In dit hoofdstuk zal het spuitgietproces verder worden toegelicht.

3.2 DoelstellingenAls de student alle genoemde taken naar behoren heeft uitgevoerd bezit hij of zij de volgende kennis en vaardigheden:

De student ziet goed het verband tussen verschillende parameters die tijdens het spuitgieten een rol spelen zoals bijvoorbeeld: druk, temperatuur en koeltraject.

De student moet zelfstanding een spuitgietmachine kunnen bedienen en instellingen kunnen veranderen voor bijvoorbeeld een optimalisatie van het te spuitgieten product.

3.3 Oriëntatie

3.3.1 BeginvereistenDe cases W1-Productanalyse, W1-Productieproces en de case W2-Intrumentbehuizing. Voor studenten die kunststoftechnologie zien als hun afstudeerrichting, is deze case een goede inleiding voor het vervolg van deze differentiatie.

3.3.2 LeermiddelenDe leerstof beschreven in dit hoofdstuk is gebaseerd op de spuitgietcursus: “Spuitgieten S2.5” verzorgt door het Kenniscentrum Drenthe.

3.3.3 StudielastVoor het uitvoeren van alle taken van dit hoofdstuk is ca. 25 SBU nodig.


3.4 De programmering

Act.Nr.

Beschrij-ving

Studieactiviteit Tijd Soort Beoor-deling

Initia-tief

1 Taak Bestuderen + vragen maken:Inleiding 3.1 + (3.5.1, Blok 1)

1 I/G

2 Taak Bestuderen + vragen maken: (3.5.1, Blok 2)

1 I/G

3 Taak Bestuderen + vragen maken:(3.5.1, Blok 3)

1 I/G

4 Taak Bestuderen + vragen maken:(3.5.1, Blok 4)

1 I/G

5 Taak Bestuderen + vragen maken:(3.5.1, Blok 5) Maak de vragen n.a.v. de K-’98 beurscatalogus uit Hst.3.5

1 I/G

6 Taak Bestuderen + vragen maken:(3.5.2)

2 I/G

7 Taak Bestuderen + vragen maken:(3.5.3)

1 I/G

8 Bespreking Bespreking 1 t/m 7 1 G G G

9 Taak Opdracht 3.5.3 Arburg, Boy, Klöckner

2 G G

10 Taak Opdracht 3.5.4 Arburg, Boy, Klöckner

8 G G

11 Taak Opdracht 3.5.3 (K) 2 componenten 6 G G

Deel II-Aanvullende leerstof

3.5 Leerstof

De theorie in 3.5.1 behandelt de Spuitcyclus, de theorie in 3.5.2 gaat over binnendrukken, omschakelpunten en doseerhoeveelheden en de theorie 3.5.3 behandelt verschillende types spuitgietmachines zoals die binnen de Stenden hogeschool gebruikt worden. Tot slot zal een aantal nieuwe ontwikkelingen binnen de spuitgietmachinebranche worden behandeld.Voor verdere achtergrond informatie wordt hier verwezen naar de voornoemde cases en de bijlagen daarvan.In de voornoemde theorie zijn tevens opdrachten gekoppeld die te vinden zijn in Deel III. In de programmering van dit hoofdstuk (3.4) wordt o.a. naar deze vragen verwezen.

Beurscatalogi vormen eveneens een goede bron van informatie om je op bepaalde onderwerpen nader te oriënteren. Voor kunststoffen is de beurs K’98 (te Dűsseldorff, BRD)een van de belangrijkste evenementen op het gebied van de productie, de verwerking en bewerking van kunststoffen in de ruimste zin van het woord. In de mediatheek is deze beurs catalogus beschikbaar en zal binnen deze case een kleine rol spelen in de oriëntatiefase, vandaar de volgende vragen:Zoek in de K-’98 catalogus de volgende zaken op:1. De namen van 8 spuitgietmachine fabrikanten uit Duitstalige landen en onderzoek of er ook een

Nederlandse fabrikant bestaat.2. Geef de namen en adressen e.d. van een drietal Nederlandse matrijzenmakers.


3. Noem op welke producten door de firma’s HASCO, DME en STRACK worden verkocht.

3.5.1 Spuitcyclus

Blok I

CyclustijdenHet bepalen van de juiste cyclustijd is erg belangrijk, omdat deze de machinebezetting, en dus deproduktiekosten, bepaald. Een volledige spuitgietcyclus bestaat uit de volgende onderdelen:

1 sluiten van de matrijs2 injectie3 nadrukken4 nakoelen5 openen van de matrijs6 ontvormen van het produkt

Opmerking: Nadrukken en nakoelen vormen samen het volledige koelen (7).Plastificeren (8) dient plaats te vinden tijdens het nakoelen.

Sluiten/openen van de matrijs en ontvormen van het produktDe tijd die hiervoor nodig is is afhankelijk van de machinegrootte. Een kleinere machine is veel sneller dan een grote. Bij een 40 ton's machine ± 2 seconden en bij een 700 ton's ± 8 seconden.

A Snel open - dichtDie tijd die nodig is voor het open - dicht laten gaan van de matrijs en de uitwerptijd van het produkt zijn eigenlijk verloren tijd. Op de kwaliteit van het produkt heeft het nauwelijks of geen invloed. Daarom deze tijden zo kort mogelijk. D.w.z. de snelheid en de weg zo kort mogelijk. Het dichtlopen van de matrijs moet redelijk snel. Het stoppen geleidelijk aflopend, het openlopen snel. Soms is het nodig bij het opengaan van de matrijs dit langzaam te doen met verhoogde kracht. Bijvoorbeeld bij lossingsproblemen. Hetzelfde kan gelden voor het uitwerpen. De openloopweg van de matrijs moet voldoende zijn om het produkt te laten vallen. De uitwerpweg van de uitwerper voldoende om het proudukt uit het bewegende deel te lossen.

B Minimaal energieverbruikAllereerst hebben we te maken met de sluitkracht. Deze is een afgeleide van de inspuitdruk. Is deze bepaald dan kan, na gestart te zijn met een in verhouding hoge sluitkracht, deze teruggedraaid worden tot de matrijs net niet wordt overgespoten. Dat wil zeggen de deelvlakken juist dicht blijven. Te hoge sluitkracht geeft ook extra slijtage op de deelvlakken van de matrijs. In het bijzonder als in het begin eens een keer een produkt blijft hangen. De sluitkracht behoeft niet gedruende de gehele tijd waarin het materiaal in de matrijs zit volop op peil te zijn. Alleen tijdens de inspuit en de nadruk moet ze zo voldoende hoog zijn. Tijdens de daarop volgende nakoeltijd kan ze veel lager zijn i.h.b. bij dikwandige produkten kan op die manier energie


bespaard worden. Na de inspuiten nadruktijd schakelt men over op bijvoorbeeld de halve sluitkracht. Zo'n regeling moet natuurlijk wel op de machine aanwezig zijn. Verder dienen, indien regelbaar, de dichtloop kracht en de veiligheidskracht ook zo laag mogelijk te worden ingesteld.Ook dient de veiligheidsweg aangepast te zijn op de totaal dikte van het produkt, of de lengte van de schuiven, of de lengte van de pennen. Ook dient de snelheid lager te zijn anders drukt de aanwezige massa nog door bij hoge snelheden.

Opmerking: Top openloop en dichtloopsnelheden van de matrijs kosten erg veel energie en slijtage van de matrijs en machine. Het levert vaak geen of bijna geen tijdwinst op. De eventuele tijdwinst is meestal weg te halen bij de koeltijd.

Blok II

Injectie

A InleidingOm een matrijsholte volledig te kunnen vullen, heeft men druk nodig. Deze druk is afhankelijk van de productvorm en van de vloeibaarheid van de kunststof. Een langere vloeiweg geeft meestal door afkoeling van het materiaal een toenemende weerstand, doordat het materiaal afkoelt en dik vloeibaar wordt.

Evenwel is het ook mogelijk dat de kunststof tijdens het inspuiten niet afkoelt maar zelfs opwarmt. Dit is mogelijk bij hoge inspuitsnelheden en nauwe doorstroomopeningen. Door de ontstane wrijving zal de temperatuur oplopen en het materiaal dunner vloeibaar worden.

Inspuitdruk en inspuitsnelheid worden opgewekt door hydraulische druk. Tussen deze twee bestaat een verband dat afhangt van het hydraulische systeem van de spuitgietmachine. Zonder druk kan geen snelheid worden verkregen. Bij moderne machines kunnen beide afzonderlijk van elkaar worden ingesteld, binnen bepaalde grenzen. Een lage inspuitdruk met hoge snelheid gaat niet. De druk voor in de cilinder op de kunststof hangt nauw samen met de hydraulische druk. In de matrijs is de druk weer een afgeleide van de druk in de cilinder. Deze is meestal aanzienlijk lager. Hoe deze matrijs gevuld wordt en de condities waarin de kunststof afkoelt in de matrijs bepalen de uiteindelijke eigenschappen van het product. Zie figuur 1.

B Inspuiten en vullen van de matrijs (druk/snelheid)Het inspuiten is in principe een eenvoudige bewerking. De smelt wordt uit de cilinder verdrongen, stroomt door één of meerdere kanalen, b.v. een hotrunnerbalk en komt in de ma-trijsholte. Het geheel wordt hydraulisch in beweging gebracht. Alle stromingskanalen in de matrijs bij elkaar hebben een zekere weerstand, zodat er een relatie is tussen de snelheid waarmee de smelt de kanalen doorstroomt en de druk die ervoor nodig is.Willen we een bepaalde injectiesnelheid bereiken, dan zijn we gebonden aan de maximaal te leveren olievolumestroom door de hydraulische pomp of indien aanwezig de accu. Afhankelijk van het kanalensysteem en de viscositeit van de smelt is een bepaalde druk nodig om deze snelheid te halen. Is deze druk hoger of gelijk aan de ingestelde druk op het hydraulische systeem dan is de oliedruk de beperkende factor en kan de snelheid niet gehaald worden, of wordt de snelheid onregelmatig. De benodigde druk moet lager zijn dan de ingestelde druk bij de opgegeven snelheid. Bij modernere machines kan daarom bij een ingestelde druk de volumestroom tijdens de inspuiting worden gevarieerd. Hiermee is het vullingproces van de vormholte in de hand te houden. Vaak is af te lezen hoe hoog de opgenomen druk is met de daarbij behorende inspuittijd. Deze laatste dient overeen te komen met de bij "cyclustijden" opgegeven waarde. Ook zijn er machine regelingen waarbij de machine zelf de benodigde druk neemt bij een opgegeven injectiesnelheid/inspuittijd.Praktisch gezien kan gesteld worden dat het instellen van de juiste inspuitdruk afhankelijk is van de matrijs en met name van de wanddikte van het product. De meeste spuitgietma-chinefabrikanten geven in de handboeken, die bij de machine geleverd worden,


materiaalafhankelijke waarden aan, waartussen de drukken ingesteld moeten worden. Ook materiaalfabrikanten geven deze waarden aan.Grofweg kan gesteld worden dat de laagst gegeven waarde geldt voor wanddiktes groter dan 5 mm en de hoogste waarden voor wanddiktes kleiner dan 1 mm, zie tabel 1.Het oplopen van de stromingsweerstand tijdens het inspuiten ligt niet alleen in het feit dat de vloeiweg langer wordt, maar de doorlaat wordt ook steeds kleiner. De vloeistofstroom zal niet als een prop door het kanaal geperst worden. Langs de wanden van het kanaal koelt ze immers af en blijft in snelheid achter, terwijl het nog warme materiaal in de kern doorstroomt. Een en ander ziet er uit als een fontein. De binnendeeltjes komen aan de rand terecht, koelen af en vormen weer een gestolde laag enz. enz., zie figuur 2.

Figuur 1 Drukverloop in het hydraulische systeem, spuitkamer en matrijs

Figuur 2 Stromingsprofiel smelt in kanaal

Zowel de hydraulische druk in de spuitcilinder en de druk in de matrijsholte geven informatie omtrentstromingsweerstanden en drukverlies gedurende het vulproces. Theoretisch zou het eruit kunnen zienzoals figuur 3 aangeeft.


Figuur 3 Hydraulische drukverloop en drukverloop in de vormholte als functie van de tijd

Normaal zal de kunststof zo snel mogelijk in de vormholte gespoten worden. Enerzijds, om hiermee de totale cyclustijd zo kort mogelijk te houden. Maar een evenzo belangrijke reden om de injectieperiode zo kort mogelijk te houden, is, dat de afkoeling van de hete kunststof in het begin zeer snel gaat. Dit vanwege het grote temperatuursverschil, en omdat de instromende kunststof steeds weer nieuwe matrijswand ontmoet. Zou de injectiesnelheid te laag zijn, dan koelt de kunststof te veel en wordt vast. De matrijs is dan niet meer vol te krijgen, en het product is niet compleet, of het productoppervlak is niet glad, "strak".Zelfs bij hoge nadrukken kan het product dan niet meer goed "strak" gespoten worden.

Verder zal een te trage injectie een groot verschil in afkoeltijd veroorzaken tussen het eerste en het laatste materiaal. Hierdoor ontstaan grote verschillen in inwendige (krimp) spanningen en zal het product na het uitstoten gaan trekken en verschillend gaan nakrimpen.

Anderzijds kan de injectiesnelheid niet onbeperkt opgevoerd worden.De vorm en lengte van de aanspuitkanalen, en vooral de vorm en het oppervlak van de aansnijding bepalen de maximaal haalbare inspuitsnelheid.De interne materiaalafschuifsnelheid is begrensd en overschrijding leidt tot afbraak van de moleculeketen-opbouw.Bij thermisch instabiele materialen zoals PVC kan daardoor verbranding optreden. Dit tekent zich in het product af, door een bruine verkleuring. Gedurende opeenvolgende cycli bouwt dit verbrandingproces zich op en zal leiden tot vastlopen van de aanspuiting.

Richtwaarde voor de inspuittijd (in spuitsnelheid in cm3/sec)voor laag, middel en hoog viskeuze grondstoffen.

Inspuitvolume ccm ofInspuitgewicht gram

Inspuittijd in secondenLaagviskeus Middelviskeus Hoogviskeus

1….8 0,2….0,4 s (15) 0,25….0,5 s (12) 0,3….0,6 s (10)8….15 0,4….0,5 s (24) 0,5….0,6 s (21) 0,6….0,75 s (17)15….30 0,5….0,6 s (41) 0,6….0,75 s (33) 0,75….0,9 s (27)30….50 0,6….0,8 s (57) 0,75….1,0 s (46) 0,9….1,2 s (38)


50….80 0,8….1,2 s (65) 1,0….1,5 s (52) 1,2….1,8 s (43)80….120 1,2….1,8 s (67) 1,5….2,2 s (54) 1,8….2,7 s (44)120….180 1,8….2,6 s (68) 2,2….3,2 s (55) 2,7….4,0 s (45)180….250 2,6….3,5 s (70) 3,2….4,4 s (57) 4,0….5,2 s (47)

Tabel 1

Verder is het van belang dat er voldoende druk achter de inspuitcilinder staat, om de injectiesnelheid ook werkelijk te kunnen halen. E.e.a. is afhankelijk van de machineregeling. Algemeen geldt dat bij geregelde machines de ingestelde druk minimaal 10 à 20 bar hydraulische druk, dat is 100 à 200 bar voor in de neus, hoger moet zijn dan de druk nodig om de matrijs te vullen.

Viscositeit KunststofsoortLaag PE week, PA4.6, PA6, PA6.6, PA6.10,

PA11, POM, PET, PBT, PPS, TPEMiddel PS, SB, SAN, ABS, PPO mod., PVC

week, CA, CAB, CP, PE hard, PP, PA12, PA amorf

Hoog PVC hard, PMMA, PC, PSO, PES, PEI, PAI, PVDF, FEP, ETFE

Tabel 2

Het instellen van de juiste inspuitdruk gebeurt direct uitgedrukt in de druk voorin de neus (bar), of via hydraulische druk (bar) op de inspuitcilinder.Bij onderlinge vergelijking van machine moet altijd vergeleken worden op inspuitdruk;eventueel omrekenen via hydraulische drukken, zie figuur 4.

Figuur 4 Spuitdrukdiagram


Blok III

NadrukkenDe nadruktijd is afhankelijk van:

wanddikte van het product de grootte van de aanspuiting op het product de te verwerken kunststof de hoogte van de nadruk matrijs- en polymeertemperatuur

De nadruk zorgt er namelijk voor dat in de nadrukfase, dus tijdens het afkoelen van de ingespoten kunststof, er nog voldoende kunststof in de matrijsholte nagevuld kan worden om de volumeafname ten gevolge van de krimp te compenseren. Bij een grotere wanddikte is de totale krimp groter, dus er zal meer kunststof moeten worden nagevuld dan bij dunwandige producten. De nadruktijd is bij dikwandige producten dus groter dan bij dunwandige producten. Het navullen van het product stopt op het tijdstip dat de aanspuiting op het product "dichtgevroren", dus verstart is. Bij dikwandige producten moet er dus voor een grotere aanspuitopening gekozen worden. De maximale nadruktijd is dus die tijd totdat de aanspuiting dichtgevroren is of indien de aanspuiting groot genoeg is, het gewicht van het product niet meer toeneemt. Nadruk wordt vaak gesteld nodig te zijn om de volumekrimp tijdens het afkoelen van de smelt op te heffen, of te compenseren. Dit is ook zo, maar voor het koelproces is nadruk minstens zo belangrijk. Theoretisch zou je een wat grotere vormholte kunnen maken en de kunststof laten afkoelen tot de gewenste vorm. Deze zou dan loskrimpen van de wand van de vormholte en de warmteoverdracht tussen wand en vormholte zou grotendeels vervallen. Dus zeer slechte koeling.

Daarom moet het materiaal tijdens het afkoelen goed aanliggen in de vormholte. Dit kan alleen onder voldoende druk op het materiaal, dus voldoende nadrukhoogte en nadruktijd.Binnen een vormholte doorloopt de kunststof een afnemende druk p in bar en een afnemende temperatuur T in C. Beiden zijn in de spuiteenheid op een bepaalde hoogte gebracht.Afhankelijk van deze druk P en temperatuur T kennen we een specifiek volume V in cm3/gr., of soortelijk volume =

welke ook tijdens het proces variabel is. Om de eigenschappen en dus de kwaliteit van het spuitgiet-product zo optimaal mogelijk te krijgen, moeten op elk punt in de matrijsholte deze P, V en T met elkaar in overeenstemming zijn.

Aangezien het aantal aanspuitpunten in een vormholte beperkt is, (vaak slechts 1) kunnen we op die punten het proces wat betreft druk beïnvloeden.Iets verderop in de vloeiweg zal de druk weer anders zijn. Ook kan nog, afhankelijk van matrijskoeling en een al of niet variërende smelttemperatuur tijdens het inspuiten, T niet overal constant zijn. In de praktijk is het optimum dus niet overal te bereiken. Wel moet getracht worden dit zo ver mogelijk te benaderen. Het komt er op aan om na het inspuiten, waardoor de vormholte gevuld is en de eerste nadruk, waardoor deze onder een bepaalde druk staat bij een hoge temperatuur van de smelt, een zo goed mogelijke nadruk daarna te geven tijdens het afkoelen. Opgemerkt dient nog te worden dat nadruk alleen kan zolang de aanspuiting niet is gestold of dichtgevroren.

Het P.V.T. diagramHet vormen van spuitgietdelen gebeurt in plastische toestand van de kunststof. Opmerkelijk is het feit de thermische uitzetting en de samendrukbaarheid van de polymeersmelt afhankelijk is van de molecuulstructuur van de stof. Sterke veranderingen van het specifieke volume v in cm3/g = 1/sm vinden plaats. E.e.a. kan niet voor een bepaalde kunststof samenvatten in een z.g. P.V.T. diagram (zie figuur 5).


P = druk in barV = specifiek volume in cm3/gT = temperatuur in C

Figuur 5 Het P.V.T. diagram

Een P.V.T. diagram is een "natuurlijk" diagram waarbij druk, (specifiek) volume en temperatuur met elkaar in balans zijn. Bij het spuitgieten moeten we die balans dus zoveel trachten te benaderen. Aangezien een ruimtelijk diagram, zoals in figuur 5, moeilijk is af te lezen, heeft men P.V.T. diagrammen gemaakt zoals in figuur 6, 7.

Verticaal het specifiek volume (V) in cm3/g. Horizontaal de temperatuur (T) in C. Een groot aantal lijnen van gelijke druk (P) in bar.


Polystyrol PS is een amorf materiaal. Polyäthylen PE is een (semi) kristallijne materiaal. Zouden we op een bepaalde plaats in de matrijs (b.v. op het eerste derde deel van de vloeiweg) de druk meten, dan wordt het materiaal t.g.v. de inspuitdruk tot een bepaalde hoogte gecomprimeerd. Een bepaalde hoeveelheid materiaal in grammen is in een vaste holte in cm3 gecomprimeerd. Ideaal zou dan zijn als deze verhouding (dus het soortelijke volume) constant zou kunnen blijven tijdens de verdere nadruk/afkoelfase. Immer blijven de inhoud (volume) van de matrijsholte en het gewicht van de inspoten kunststof gelijk, dus v ~ constant. Bij amorf is dit redelijk haalbaar, bij kristallijne gedeeltelijk wel, daarna moeilijker.Anders gezegd: Uit beide P.V.T. diagrammen is op te maken dat bij een constant (specifiek) volume bij afkoeling van een kristallijn materiaal de druk eerst weinig en daarna sterk zakt. Bij amorf materiaal is dat veel geleidelijker dan bij kristallijne.Opmerking : Bovenstaande verschillen in amorf en kristallijne geven een ander beeld

weer als we de druk in de matrijs meten en deze uitzetten tegen de tijd, zie figuur 8. Dergelijke ideaalbeelden moeten we dus trachten te krijgen door het beïnvloeden van nadruktijd en hoogte, zie figuur 8a,b.

Amorfe kunststoffen

1 ABS 9 PMMA


2 ABS/PC3 ASA4 CAB5 CP6 PC7 PEI8 PES

10 PPO11 PS12 PSU13 S/B14 SAN15 SBS

Kristallijne kunststoffen

1 CPE2 PA113 PA124 PA65 PA6.126 PA6.67 PBTP8 PE

9 PETP10 PETP-COP11 POM12 PP13 PP-HOMO14 PP/EDPM15 PPS

Tabel 3

Figuur 8 Druk in de matrijs als functie van de tijd


Figuur 8 a,b Nadrukhoogte als functie van de nadruktijd

Het bepalen van de nadrukhoogte en tijd (standaardmethode)Evenals bij de hoogte van de inspuitdruk geven de spuitgietmachinefabrikanten ook gegevens betreffende de te kiezen hoogte van de nadruk. Ook weer een bepaald gebied waartussen men kan kiezen. Hierbij geldt ook weer dat de laagste waarde geldt voor wanddiktes groter dan 5 mm, en de hoogte voor wanddiktes kleiner dan 1 mm, zie tabel 1.De maximale (eerste) nadrukhoogte is afhankelijk van de eisen aan het product (zonder aanspuiting). Bepalend zijn een eventueel max. te halen productgewicht, of het al of niet vast in de matrijs worden gedrukt van een product, zodat er lossingproblemen zijn. Ook is de toe te stane inval een gegeven voor de max. nadrukhoogte. Dit alles bij een relatief lange nadruktijd. De juiste totale nadruktijd kan men bepalen m.b.t. de weegmethode. Het gewicht wordt dan uitgezet als functie van tijd. Het punt waarop de grafiek horizontaal wordt of afbuigt, geeft de juiste nadruktijd aan, zie figuur 9. Ook kan men 2 kolommen maken, met in kolom 1 de tijd en kolom 2 het gewicht. Het punt waarop het gewicht niet meer toeneemt of net afneemt, geeft de juiste totale nadruktijd. Hierna kan getracht worden het ideale beeld in de matrijs te benaderen zoals weergegeven in figuur 8.Hiervoor dient de hydraulische druk al of niet stapsgewijs of geleidelijk af te lopen, zie figuur 8a en 8b, afhankelijk van een amorf of kristallijne materiaal.

Opmerking: De (eerste) nadruktrap kan dus gelijk aan, hoger of lager dan de opgenomen inspuitdruk zijn!

Ook kan het voorkomen dat de eerste nadruktrap lager moet zijn dan de tweede. Dit i.h.b. bij erg dikwandige producten. Hierbij wordt doorpersen (braam) voorkomen. De volgende trap(pen) weer aflopend.

Opmerking: Hoe lager en hoe korter de nadruk is, hoe geringer is het energieverbruik.

Figuur 9 Gewicht als functie van de nadruktijd


Blok IV

Nakoelen en koelen

Het afkoelen van het product begint als de matrijs geïnjecteerd is en eindigt als het product voldoende stabiel is om te worden uitgeworpen. De totale koeltijd (7) dient daarom bepaald te worden. Aan de meeste machines wordt echter de nakoeltijd ingegeven; ook wel bekend onder restkoeltijd. Deze is dus totale koeltijd (na injecteren) - nadruktijd. Om te beginnen nemen we totale nadruktijd 30% van de totale koeltijd en optimaliseren we deze met behulp van b.v. de weegmethode. De restkoeltijd wordt dan 70% van de totale koeltijd. Omdat de totale koeltijd een zeer groot deel is van de totale cyclustijd is het noodzakelijk deze goed te bepalen. Bij wanddikten boven de 2 mm kan de totale koeltijd wel meer dan 2/3 van de totale cyclustijd omvatten. Vuistregeltjes geven een zeer ruwe schatting en zijn daarom voor kostprijsberekeningen niet bruikbaar. Een exacte bepaling is mogelijk met behulp van programma's als Moldflow, waarbij de vulsimulatie ook kan worden gebruikt als temperatuur-/koeltijdberekening.Een redelijk nauwkeurige bepaling kan m.b.v. de koelformule.

Een vuistregel is tk = 2 d2 waarbij,tk = totale koeltijd is secd = wanddikte (max.)

Afhankelijk van de te verwerken grondstof moet de matrijs op een bepaalde temperatuur gehouden worden. Is deze boven de 60° dan is het aan te bevelen om tussen de matrijs en de opspanplaten van de machine een isolatieplaat te zetten. Deze verminderd het energieverlies door geleiding van de warmte naar de machine.

Om een bepaalde matrijstemperatuur te bereiding zijn er een aantal mogelijkheden.A. Door de hoeveelheid water welke door de matrijs stroomt te beperken. De matrijs wordt dan

opgewarmd door de ingespoten kunststof. Bij de aanloop duurt het even voordat de matrijs op temperatuur is. Deze producten zijn dan op een andere manier gekoeld. Soms is het mogelijke de machine zelf dit te laten regelen. Er komt dan een temperatuurvoeler in de matrijs en de machine regelt de hoeveelheid water afhankelijk van de ingestelde temperatuur. De voeler dienst geplaatst te worden tussen de matrijsholte en de koelkanalen, teneinde e.e.a. goed te laten regelen. Temperaturen tot ± 60° C zijn goed te regelen.

B. Door de matrijs te verwarmen met een matrijsverwarmer. De meest gebruikelijke zijn tegenwoordig “water” apparaten. Temperaturen tot 200°C zijn haalbaar. Er zijn twee mogelijkheden:

1. Alleen warm water waarmee de matrijs wordt opgewarmd. Temperatuur van het water is instelbaar. Of de matrijstemperatuur bij aanloop ongeveer gelijk is aan de watertemperatuur hangt af van het energieverlies van de matrijs, wel of geen isloatieplaten en matrijsgrootte. Ook kan de matrijstemperatuur bij productie wel een iets te hoog worden. Dit hangt af van het warmtetransport in de matrijs naar het koelwater.

2. Matrijstemperatuur regeling.Er wordt dan, net als bij A het geval kan zijn, een voeler in de matrijs geplaatst. Ter plekke wordt dan de matrijstemperatuur geregeld, want de voeler stuurt de matrijsverwarmer aan. Je stelt de matrijstemperatuur in op de matrijsverwarmer. Deze zorgt automatisch voor voldoende warm water van de juiste temperatuur. Let er wel op dat de beveiliging, welke de maximum watertemperatuur bepaalt, niet te hoog staat t.o.v. de matrijstemperatuur (praktisch ± 10°C hoger). Bij een te hoog verschil is de regeling er onstabiel en kan de matrijs ter plekke veel te warm worden.


Opmerking:Matrijstemperatuurregeling is wel het meest nauwkeurig van allemaal en geeft bij aanloop en productieonderbreking altijd een juist matrijstemperatuur.

Blok V

Plastificeren

PlastificeercapaciteitBij de meeste standaard spuitgietmachine is de spuiteenheid voldoende groot om de juiste hoeveelheid materiaal elke keer te maken.

SchroefL/D verhouding ± 20.

Een nadeel van langere schroeven is dat er meer wrijvingswarmte ontstaat. Het plastificeren en homogeniseren van het materiaal gebeurt door verwarming van buitenaf en door het draaien van de schroef m.b.v. stuwdruk. Door deze verwarming wordt alleen het buitenste laagje van het materiaal verwarmd.Willen we een zo homogeen mogelijke smelt hebben en houden dan moet dit verwarmen zo veel mogelijk gebeuren op de plaats waar de schroef zit. Deze transporteert, mengt en houdt het materiaal in beweging.Dit houdt in: 1 de massapolster (buffer) moet altijd klein zijn

2 de plastificeertijd moet lang zijn d.w.z., korte stilstandtijd van de schroef/materiaal3 de effectieve L/D verhouding is maximaal.

1 Klein massapolster/kussen/bufferDe massapolster is een "stilstaand" prop materiaal die alleen wordt verwarmd van buitenaf. De buitenste schil is daardoor warmer dan binnenin, dus niet homogene smelt. Door deze massa-polster nu zo klein mogelijk te houden is ook de hoeveelheid inhomogene smelt zo gering mogelijk. Bovendien blijft dit materiaal achter in de neus en wordt pas de volgende keer ingespoten. Dit kan degradatie van het materiaal opleveren. Daarom moet deze hoeveelheid zo gering mogelijk zijn zodat de hoeveelheid buffer t.o.v. het in te spuiten materiaal laag is.

2 Plastificeertijd langNeem de tijd die beschikbaar is voor het plastificeren, bepaald door de restkoeltijd van het product. Dat wil zeggen, neem het schroeftoerental en dus de omtreksnelheid van de schroef laag. Hierdoor blijft het materiaal in beweging, wordt zo homogeen mogelijk en wordt gelijkmatig verwarmd. Bovendien scheelt dat in mechanische energie en slijtage van de schroef/oven.Is de koeltijd erg lang, dan zou het toerental wel erg laag kunnen worden. Dan is het beter om na de nadruk even te wachten met plastificeren. Dit heet plastificeervertraging. Daarna kan dan bij een "normaal" toerental worden geplastificeerd.

3 L/D verhouding maximaalDoor een klein massapolster te kiezen wordt de effectieve L/D verhouding, de schroeflengte die overblijft, zo maximaal mogelijk.Willen we plastificeereenheden onderling vergelijken en/of uitwisselen dan moet de schroef ongeveer dezelfde L/D verhouding hebben. Verder moet het materiaal dezelfde afschuifsnelheid hebben in de schroef, d.w.z. dezelfde omtreksnelheid.

V =

V = omtreksnelheid - m/min


d = diameter schroef - mm

n = toerental schroef - omw/min

Een andere praktische oplossing is er voor te zorgen dat beide plastificeereenheden dezelfde doceertijd hebben. Dit is te bereiken door het toerental te veranderen.

Opmerking: Materiaalfabrikanten geven vaak een maximale afschuif- of omtreksnelheid in de schroef aan voor hun materiaal.

3.5.2 Binnendrukken, omschakelpunten en doseerhoeveelheden

Drukopnemers

Vooral de laatste tijd worden steeds meer matrijzen voorzien van een matrijsdrukmeter. Deze meet de druk in de vormholte direct aan de kunststof. De regelmogelijkheden hiermee worden verderop nader toegelicht. De plaats waar deze drukopnemer komt is erg belangrijk; 4 principes dient men in acht te nemen.

Wil men m.b.v. een drukopnemer een belangrijke plaats in een product bewaken, dan is het raadzaam de opnemer zo dicht mogelijk bij die plaats (b.v. een belangrijke maat), met in acht neming de punten 1 t/m 4, te plaatsen.

Opmerking:Een drukopnemer geeft altijd een aftekening op het product. Daarom wordt ze vaak geplaatst in de niet zichtkant, d.w.z. tussen de uitwerppennen.

Plaats drukopnemer Reden

1 Op het eerste derde deel van de vloeiweg - Er is dan voldoende reactietijd t.b.v. matrijsdrukafhankelijk omschakelen.

- Verkeerd vullen van de matrijs, b.v. op nadruk en te korte nadruk, kan men dan beter beoordelen.

2 Voor de eerste scherpe bocht in de vloeiweg

- Na de bocht is de druk sterk verminderd en is matrijsdruk-afhankelijk omschakelen moeilijker

- Het drukverloop kan beter worden beoordeeld. Sterk aanwezige druk-schommelingen worden nog niet afgezwakt door een bocht.

3 Op het dikste punt van het product - Omdat dit punt het langst plastisch blijft kan de nadruktijd hier het beste bepaald worden.

- Beoordeling of het aanspuitpunt is gestold is ook goed mogelijk.

4 Nooit voor het aanspuitpunt - Optimaliseren van het product is dan niet mogelijk.

Tabel 4


Omschakelen

Samengevat zijn er de volgende

a Niet omschakelbaarVoordeel: eenvoudige machineregeling (goedkoop).Nadeel: hogere restdruk, dus inwendige spanning langere koeltijd.

b Omschakelbaar via tijdVoordeel: toe te passen bij zeer kleine producten op een relatief grote machine;

wegafhankelijk wordt dan te onnauwkeurig. Nadeel: - materiaal moet zeer constant zijn voor wat betreft viscositeit.

- machine moet een goed geregelde inspuitsnelheid hebben.

c Omschakelbaar via weg (algemeen toegepast)Voordeel: shotvolume wordt bepaald door afgelegde weg voor de schroef en is dus in

theorie altijd hetzelfde.Nadeel: - bij een foutief d.w.z. een te klein omschakelpunt kan een product zeer

vast in een matrijs worden gedrukt. Het verdient aanbeveling om eentijdafhankelijke bewaking mee te laten lopen.

- eventuele schroefslijtage en viscositeitveranderingen van het materiaal blijven onopgemerkt en beïnvloed onopgemerkt het proces.

d Omschakelbaar via drukopnemer in hydraulische drukVoordeel: bij volle matrijs loopt de druk op en is dus onafhankelijk van

viscositeitveranderingen en/of schroefslijtage.Nadeel: niet of moeilijk toe te passen bij nauwe doorlaten (pin point) of lange

vloeiwegen.

e Omschakelbaar via drukopnemer in de neus of in de centrale hotrunner.Wordt toegepast bij "zeer" veelvoudige matrijs, bijvoorbeeld 48-voudig.

f Omschakelbaar via drukopnemer in de matrijsholte (steeds meer toegepast)Voordeel: - op een bepaald punt is de matrijs (b.v. bij een kritische maat) wordt

het materiaal altijd tot dezelfde hoogte gecomprimeerd, onafhankelijk van viscositeitveranderingen, slijtage van schroef, aanspuitpunt, spuitneus e.d.

- geeft dus nauwkeuriger proces dan hydraulische of weg afhankelijke omschakeling.

Nadeel: - kwetsbaar (losse kabels, inbouw).- prijs

Samengevat:

Hoe directer aan het product geregeld, hoe constanter product kwaliteit.

Vaak past men parallel schakelingen toe. B.v. weg-/hydraulische druk of weg-/matrijsholtedruk.Hiermee neemt bij foutieve schakelingen de andere schakelmethode de zaak over en zit het buffer en/of inspuittijdbewaking.

Bij het overschakelen van inspuit op nadruk kunnen er in de binnendrukgrafiek 2 fouten ontstaan. (Zie figuur 10)a: te vroeg, te groot omschakelpunt, te lage omschakeldruk.


b: te laat, te klein omschakelpunt, te hoge omschakeldruk.

Opmerking: Sommige spuitgietmachinefabrikanten hebben de mogelijkheid in hun machines ohet omschakelen via drukopnemer in de matrijsholte automatisch te laten verlopen. Het systeem werkt alleen in combinatie met nadruk.Opgemerkt dient te worden dat bij het vullen het product iets overvuld wordt, hetgeen kan leiden tot vastzitten van het product in de matrijs, ook al is de nadruk laag.

Figuur 10 Binnendrukgrafiek

Doseerpunt, decompressie, omschakelpuntAllen worden aangegeven in weg, d.w.z. zoveel mm, of in volume, d.w.z. zoveel cm3.Het 0-punt is altijd de schroef helemaal voor in de neus.

Doseerpunt/wegBepaling aan machine: de hoeveelheid materiaal die nodig is om een product + aanspuiting te maken

is afhankelijk van het gewicht van product + aanspuiting in grammen. Is dit bekend dan kunnen we dit door "vrij uit spuiten" van de spuiteenheid bepalen m.b.v. wegen.Doseerpunt net zo lang wijzigen dat we het juiste gewicht bereikt hebben. Hierbij de stuwdruk zo laag mogelijk, zodat de schroef uit zichzelf terugloopt. Beter iets te weinig dan teveel. Is alleen het volume van product + aanspuiting bekend dan moeten we om het gewicht te vinden deze vermenigvuldigen met de soortelijke massa.Gewicht = volume x sm, tabel volgende bladzijde.

Doseerpunt/wegBepaling vooraf: is gewicht product + aanspuiting bekend dan kan de benodigde hoeveelheid

materiaal zonder stuwdruk ook uitgerekend worden m.b.v. de formule

G x 1273,2 G S = Of V =

D2 x sm2 Sm2

Zie Tabel 6 volgende bladzijde.

Decompressie: ± 5% van doseerpunt

Omschakelpunt (wegafhankelijk): wanneer 90% is ingespoten d.w.z. 10% blijft over.

Dus: omschakelpunt 10% doseerpunt.


Bovengenoemde systemen werken goed mits de stuwdruk bij hand en automatisch op 0 of zo laag mogelijk staat.

Opmerking:Is het noodzakelijk om met een hogere stuwdruk te werken b.v. bij inkleuren of het verwerken van gebroken materiaal, neem dan voor:

stuwdruk 50 (5) 2% minder doseerweg ,, 100 (10) 3% minder doseerweg ,, 150 (15) 4% minder doseerweg ,, 200 (20) 5% minder doseerweg

Bestaat de mogelijkheid om automatisch om te schakelen via de drukopnemer dan is dat erg handig. Bepaal eerst het doseerpunt (zie boven) en neem 10% meer. Er moet een buffer overblijven. Het systeem werkt alleen in combinatie met nadruk. Zie ook opmerkingen op blz. 3

Berekening benodigde doceerweg

G . 1273,2 G S = Of V =

D2 . sm2 Sm2

s = schroefweg in mmD = schroefdiameter in mmsm2 = soortelijke massa bij verwerkingstemperatuur en 1 bar in g/cm3 (zie tabel)G = productgewicht in gramV = productvolume in cm3

Kunststofgroep

Soortelijke massa bij

kamertemperatuur sm1

Verwerkings-temperatuur

Soortelijke massa bij verwerkings-

temperatuur zonder stuwdruk sm2

PS 1,05 240 0,95

SB 1,04 240 0,95

SAN 1,08 240 0,99

ABS 1,05 240 0,95

CA 1,29 200 1,10

CAB 1,19 200 1,08

PMMA 1,18 230 1,09

PC 1,22 300 1,08

HDPE 0,95 260 0,74

LDPE 0,92 240 0,74

PP 0,91 260 0,73

PA 6 1,14 240 0,98


PA 6.6 1,14 280 0,99

POM 1,42 220 1,16

PVC 1,40 190 1,30

Tabel 6

Opmerking:Bovenstaande waarden voor sm2 gelden voor ongevulde materialen. Neem bij gevulde materialen 15% meer.

Afleiding formule

G = / 4 D2 x s x sm2, S/D cm, sm2 g/cm3 en G gram

/ 4D2xsG = X sm2, D mm S mm sm2 g/cm3 en G gram

1000

1000 x G G x 1273,2S = =

/4D2 x sm2 D2 x sm2

Bewaking

A BufferbewakingDe buffer of massapolster is de hoeveelheid materiaal welke overblijft na de nadruk. Voorbijgaand aan alle andere bewakingen is het bij een heleboel spuitgietmachines mogelijk de bufferbewaking te benutten. Immers een constante buffer zal een constante vulling van de vorm-holte('s) betekenen. Variaties hierin kunnen bewaakt worden door een tolerantie op de buffer te zetten.Bufferbewaking is in het bijzonder erg nuttig bij meervoudige matrijzen. In één holte niet gevuld door b.v. verstopping van het aanspuitpunt dan is dit heel goed te bewaken.Ook is het nuttig om de buffer te bewaken in combinatie met de hydraulische- of de matrijsbinnendruk omschakeling op nadruk. Variaties in de matrijstemperatuur worden dan ook indirect gesignaleerd.

B Inspuittijd bewakingLos van alle andere bewakingen kan in allereerste instantie de totale inspuittijd worden bewaakt. Bij niet geregelde machines is dit erg belangrijk, omdat dit direct terug te vertalen is in zich wijzigende inspuitsnelheden. Een gelijkblijvende totale inspuittijd wil echter niet zeggen dat de inspuitsnelheid over het gehele traject hetzelfde blijft. Alleen geregelde machines geven die garantie.

Opmerking:Voor alle bewakingen geldt:

Zorg eerst voor een goed lopend proces en een goed product. Noteer, of laat noteren, het bij het te bewaken onderdeel behorende maximum en

minimum Zet de tolerantieband hier iets boven en beneden.

3.5.3 Spuitgietmachines


A Standaard uitvoering

Figuur 11 Hydraulische spuitgietmachine

Spuitgietmachines zijn tot dusverre in principe hydraulische machines (zie figuur 11).

Voor de machinebewegingen (beweging van de spuiteenheid, matrijssluiting, productuitstoting, inspuiting) en ten behoeve van drukopbouw (matrijssluitkracht, inspuitdruk, plastificeerdruk) dient een oliepomp. De druk en hoeveelheid van de verpompte olie kunnen elektrisch, bijvoorbeeld via ventielen, worden ingesteld.

Bij moderne machines worden alle machinefuncties elektrisch/elektronisch ingesteld; de cyclus-voortgang wordt als het ware "geprogrammeerd", zodat de machine geheel automatisch kan functioneren. Ten behoeve van het "aanlopen" van de machine is "handbediening" mogelijk, dat wil zeggen dat dan de diverse machinefuncties telkens via drukschakelaars moeten worden bekrachtigd. Tijdens de eerste spuitingen worden de verschillende instellingen (drukken, temperaturen, tijden, verplaatsingen) behoedzaam op optimale waarde gebracht, waarna "automatisch" naar het bedrijf kan worden overgeschakeld. Bovenstaande besturingen komen in twee vormen voor. Gekeken wordt dan in hoofdzaak naar de spuiteenheid, omdat deze bepalend is voor de kwaliteit van reproduceerbaarheid van de kunststofsmelt, welke in de matrijs wordt gespoten.We kennen:

a Gestuurde machinesHierbij wordt een bepaalde procesgrootte ingegeven aan de machine, b.v. een druk. Het hierbij behorende ventiel gaat in een bepaalde stand staan overeenkomend hiermee.

b Geregelde machinesHierbij wordt een bepaalde procesgrootte ingegeven aan het machineprogramma. Deze zet het hierbij behorende ventiel in een bepaalde stand en de ontstane waarde (b.v. druk) wordt gemeten en vergeleken met de ingestelde waarde. Bij afwijkingen grijpt de regeleenheid in en wordt de werkelijke waarde in overeenstemming gebracht met de ingestelde waarde. Een gesloten regelkring dus (zie figuur 2).


Figuur 2 Geregelde machine

Om machines onderling met elkaar te kunnen vergelijken en om te zorgen dat belangrijke aansluitmaten, zoals gatenpatronen op opspanplaten en centreerdiameters, met elkaar overeenkomen hebben toonaangevende machinefabrikanten e.e.a. met elkaar overlegd. Dit is samengevat in een lijst met aanbevelingen.

Lijst van "Euromap-aanbevelingen voor spuitgietmachines"

EUROMAP 1 Beschreibung von Spritzgiessmaschinen

EUROMAP 2 Werkzeuganschlussmasse von Spritzgiessmaschinen

EUROMAP 3 Bemassung der Schliesseinheit von Spritzgiessmaschinen

EUROMAP 4 Ermittlung der verfügbaren Einspritzeleistung von Spritzgiess-maschinen

EUROMAP 5 Verfahren zur Ermittlung wesentlicher Productionsdaten einer Spritzgiessmaschinen.

EUROMAP 6 Ermittlung der Trockenlaufzeit von Spritzgiessmaschinen.

EUROMAP 7 Ermittlung der maximalen Schliesskraft von Spritzgiess-maschinen.

EUROMAP 8 Ermittlung der Nennöffnungskraft von Spritzgiessmaschinen.

EUROMAP 9 Prüfung der Parallelität der Aufspannplatten von Spritzgiess-maschinen.


EUROMAP 10 Prüfung von Spritzgiessmaschinen - Allgemeine Prüfregeln.

Deze aanbevelingen zijn te verkrijgen bij:

Maschinenbau-Verlag GmbHPostfach 7110 096000 Frankfurt a.M. 71

Ook heeft men een bepaald kengetal voor spuitgietmachines met elkaar afgesproken zodat snel aan een machine de "grootte" te zien is, b.v. 700-210.

a Het eerste getal geeft de sluitkracht van de sluiteenheid weer in kN (1 kN = 0,1 ton). In het voorbeeld 700 kN.

b Het tweede getal geeft het arbeidsvermogen van de spuiteenheid weer.

Dit is:

Max. theoretisch slagvolume in cm3 x max. inspuitdruk in bar

1000

In ons voorbeeld: max. slagvolume schroef φ 35 = 140 cm3

max. inspuitdruk schroef φ 35 = 1500 bar

Arbeidsvermogen is

B Elektrische uitvoering

De ontwikkeling van een volledig of gedeeltelijke elektrische spuitgietmachine is nieuw.Het aandrijven van de schroef m.b.v. een elektromotor is vroeger wel toegepast. Met de enorme verbetering van de servo hydrauliek werd dit concept echter volledig verdrongen.Toch komt de elektrische aandrijving van de schroef weer terug. Men gebruikt dan een frequentiegeregelde draaistroommotor en een vertragingskast. De rest van de spuitgietmachine blijft dan hydraulisch. Omdat een hydromotor een zeer slecht rendement heeft en de elektromotor m.b.v. de moderne elektronica een zeer goed rendement, kan men behoorlijk energie besparen.De laatste jaren echter is men erin geslaagd een volledig elektrische spuitgietmachine te maken, welke helemaal geen hydraulische olie meer bevat. Ferromatic levert al enige jaren machines van 30 tot 300 ton sluitkracht. Men past voor het sluiten dit bekende kniehefboomprincipe toe. Verder z.g. kogelomloopspindels, welke met getande riemen worden aangedreven, of tandneugel, hefboom- en nokkenprincipes. Kogelomloopspindels zijn echter beperkt in bewegingssnelheid, vooral als het gepaard gaat met hoge krachten, bv. bij het inspuiten. De slijtage is dan erg hoog. Dit beperkt de inspuitsnelheid en inspuitdruk. Kogelomloopspindels zijn echter wel standaarddelen, waardoor de prijs gedrukt wordt. Andere oplossingen gaan echter tot een inspuitdruk van 2000 bar en in inspuitsnelheid van 200 mm/sec. Soms grijpt men voor het inspuiten terug op hydrauliek. Hiermee is het mogelijk om dunwandige technische producten te maken. Ook Arburg, Engel en Demaq zijn bezig met de ontwikkeling van dergelijke machine's.Vanwege het relatief schone principe zijn deze machines goed toepasbaar in een clean room. Het grootste voordeel zit echter in het lage energieverbruik wat wel kan oplopen tot 50%.Een ander voordeel is het lage geluidsniveau in verhouding tot hydraulische. Hier tegenover staat een hogere kostprijs van de machine. De nieuwste hydraulische machines gebruiken ook steeds minder energie en het geluidsniveau is ook steeds lager. Naast bovengenoemde firma's zijn ook anderen bezig met het ontwikkelen van dergelijke machines.


C Meercomponenten spuitgieten

Het meercomponenten spuitgieten is een uitbreiding op het conventionele spuitgieten en wordt in toenemende mate gebruikt bij het maken van producten bestaande uit meerdere kleuren en/of materialen. Bij het reguliere spuitgieten wordt de kunststof in de vorm van korrels (granulaat) of poeder opgesmolten en met hoge snelheid in een vormholte geïnjecteerd. De geïnjecteerde massa wordt hierna onder druk gehouden om krimp van de kunststof te verminderen.

Figuur 13 Conventioneel spuitgieten

Na enige tijd wordt de matrijs geopend en het product wordt uitgeworpen. De cyclus, die een tijdsduur heeft van enkele seconden tot enkele minuten, kan daarna weer opnieuw beginnen.

Het grootste verschil met het conventionele spuitgieten is dat bij het meer-componenten-spuitgieten in één cyclus bv. twee materialen geïnjecteerd worden in plaats van één materiaal. Het injecteren van twee materialen geeft de mogelijkheid dat de verschillende materiaaleigenschappen in één product gecombineerd kunnen worden. Bijvoorbeeld voor het verkrijgen van een 'softtouch' effect zou een rubberachtige kunststof aan de ene zijde gebruikt kunnen worden terwijl de andere zijde een andere harde kunststof bevat, of twee of meerdere kleuren.

Figuur 4 2K spuitgieten

De voor dit doel gebruikte spuitgietmachine ziet er in principe uit zoals in figuur 4 is weer-gegeven. Twee spuiteenheden, met elk een aanspuitpunt op de matrijs.


De matrijs heeft ook 2 holtes. Hiervoor gebruikt men de volgende principes:

1. De achtermatrijs zit op een draaikrans. Nadat de 1e component is ingespoten met b.v. de horizontale cilinder, gaat de matrijs open en draait 180°C en gaat weer dicht. Hierbij gaat het reeds gespoten deel mee naar een andere vormholte, waarbij de 2e component wordt ingespoten.Tegelijkertijd met de 2e wordt de 1e component weer ingespoten, zodat elke keer als de matrijs opengaat een volledig product klaar is.

2. Draaien binnenin de matrijs.Deze methode is dus sterk matrijsgebonden, maar werkt hetzelfde als bovenstaande.

3. Kerntrek.Nadat de 1e component is ingespoten wordt er met behulp van kerntrek een extra holte vrijgegeven waarin de 2e component wordt gespoten. Dit gaat dus na elkaar, zodat de cyclustijd lang wordt.

4. Robot.De matrijs blijft vast in de machine. Er draait of beweegt niets in of aan de matrijs. De matrijs heeft 2 holtes, waarbij een robot, nadat de matrijs open is gegaan, het product overzet van holte 1 naar holte 2. De machine gaat weer dicht en materiaal 2 wordt ingespoten in holte 2 om of tegen het product wat is overgezet van holte 1 naar holte 2. Tegelijkertijd wordt holte 1 weer volgespoten enz., enz.

D Drogers

Het grote aanbod van de tegenwoordig verkrijgbare vormmassa's en de verschillende verwerkingsomstandigheden en eigenschappen bij verwerking met een spuitgietmachine maken het soms noodzakelijk om de vormmassa voorafgaand aan de verwerking te verwarmen. Daarbij moet worden gelet op de voorschriften die de fabrikanten van de ruwe uitgangsmaterialen geven. Het maakt verschil of er aan de vormmassa vocht moet worden onttrokken door voordrogen of dat door voorverwarming de vloeieigenschappen van de smelt moeten worden gewijzigd. Dit laatste gebeurt in droogkasten of bij duroplastische vormmassa’s in hoogfrequent-voorverwarmers.Soms zijn vacuüm-droogkasten noodzakelijk om een beschadiging van de massa door toegevoegde zuurstof te vermijden. In grotere spuiterijen is het soms zinvol, vooropgesteld dat eenzelfde vormmassa op meer spuitgietmachines wordt verwerkt, om een centrale drooginstallatie toe te passen. Vandaar komt het granulaat via een buizensysteem met behulp van perslucht terecht bij de afzonderlijke machine. In kleinere bedrijven en bij verwerking van verschillende vormmassa's, die gevoelig zijn voor vocht, worden de vultrechters van de afzonderlijke machines verwarmd. Deze kunnen dubbelwandig worden geconstrueerd en door middel van rondstromende warme lucht worden verwarmd.


Spuitgieten BOY 30A

Machine : BOY 30AMatrijs : Stenden hogeschool PuzzelMateriaal : ABS

InleidingHet is de bedoeling om een serie producten te maken, welke aan de eisen voldoen waarvoor het product gebruikt wordt. Het onderdeel (een weggeefartikel) moet functioneel goed zijn.

BeginsituatieDe matrijs is ingebouwd en de cilinder/trechter is leeg. Matrijs en cilinder zijn opgewarmd en de hoofdmotor loopt.

ProgrammaBekijk alleen de belangrijkste pagina’s van het programma door het na elkaar indrukken van de voorkeuzetoetsen die rond het BOY-teken op het beginscherm staan. De te beïnvloeden programma’s staan onder paginanummers 3100 en 3200.

MachinebedieningAllereerst zal de machine voorzien moeten worden van het juiste materiaal. Neem hiervoor een emmer met materiaal. Doe het materiaal in de invoertrechter en sluit de deksel.

In de figuur 15 worden de toetsen voor de bediening van de machinefuncties weergegeven. Deze toetsen bevinden zich links en rechts van het beeldscherm.

Het gele meldingslampje in het toetsenveld geeft de activering weer van de voor die beweging verantwoordelijk wegventiel. De meldingslampjes links naast de toetsen geven aan dat de bijbehorende eindpositie bereikt is.

De Start knop bevindt zich linksonder naast het beeldscherm.

De hoofdmotor en verwarming staan aan.

Verder worden de volgende toetsen nog gebruikt:Hand : Alle bewegingen vinden plaats na indrukken van de knoppen en vasthouden. Let

op! Inspuiten en draaien van de schroef alleen indrukken nadat de spuiteenheid geheel rechts staat.

Halfautomaat : De machine maakt 1 cyclusAutomaat : De machine loopt automatisch

Starten van het proces- Zorg dat de matrijs open staat.- Zorg dat de spuiteenheid naar rechts staat.- Spuit de cilinder ± 10 x door en schroef opnieuw materiaal. Let op!!, het materiaal is heet en

plakt.Verwijder materiaal tussen spuitneus en matrijs m.b.v. een messing stang.Neusbescherming open/dicht.

- Start op halfautomaat en bekijk of de producten uit de matrijs komen.- Vallen de producten niet, verwijder ze dan m.b.v. de messing stang.- Start nogmaals op halfautomaat.


- Vallen de producten goed weg, ga dan over op automaat.- Er zullen nu producten uit de machine komen, welke niet volmaakt zijn.

Optimalisatie van het product- Vulpatroon van de matrijs in orde maken.

Zet de nadruk zo laag mogelijk (d.w.z. nadruk alles op 0) Wijzig het omschakelpunt (nadrukstart) zodanig dat de matrijs voor 99% gevuld is.

Maximaal toegestane waarde8 ccm of 18 mmMinimaal toegestane waarde0,5 ccm of 1 mm

OPMERKING:MINIMALE WAARDE NADRUK GEHEEL RECHTS 10 OF 1 BAR

- Product goed gevuld maken, krimp compenseren Laat de tijdsduur op 10 seconden staan Wijzig de nadruk (bar) zodanig tot het product goed vlak is

Maximaal toegestane waardealles op 1200 of 120 barMinimaal toegestane waardealles op 0 of 0 barOpmerking: Hoe lager, hoe beter (minimaal energieverbruik).

- Nadruktijd zo kort mogelijk (minimaal energieverbruik) Wijzig de nadruktijd (sec)

Maximaal toegestane tijd 10 secMinimaal toegestane tijd 0 secOpmerking: Minimale tijd bepalen m.b.v. wegen

Stoppen van het proces- Druk halfautomaat in.

De machine stopt aan het eind van de cyclus.- Verwijder het materiaal uit de trechter boven op de machine.

Let op: soort bij soort, in de juiste verpakking, niet in zak met nieuw materiaal.- Zet de spuiteenheid helemaal naar rechts.- Spuit de cilinder leeg: d.w.z. net zo lang doorspuiten dat er geen materiaal meer uit de neus

komt.- Zet de matrijs open.- Matrijsdeelvlakken inspuiten met anti-roest.- Stop de machine: hoofdmotor uit- Verwarming uit.

BEELDSCHERMBEDIENING

Figuur 15 De beeldschermbediening van de BOY met de belangrijkste componenten

1. Kleur-touch-display2. Bedrijfslampjes computer en bewegingstoetsen voor de aparte besturing van de sluitzijde.3. Keuzeschakelaar bedrijfstoestanden, bewegingsschakelaars en meldingslampjes voor de aparte

besturing van de spuitzijde.4. Opening voor de sleutelkaart (K*E*Y*C*A*R*D)5. Functitoetsen, tiencijferig toetsenbord en beeldkeuzetoetsen.


1. Weergave actuele waarde- actuele schroefpositie- maximale spuitdruk bij begin nadruk

2. Spuitkussen/referentiewaarde- De actuele waarde voor het spuitkussen wordt rechts - weergegeven. Ingevoerd moet worden de referentiewaarde van het spuitkussen voor de

tolerantiebewaking.

3. Omschakeling op nadrukVoor de omschakeling op nadruk kunnen de volgende programma’s gekozen worden.

- tijdafhankelijk- wegafhankelijk- hydraulische druk afhankelijk- holtedruk afhankelijk- door extern signaal

4. Invoeren profielHet invoeren van het profiel is vergelijkbaar met de procedure “SLUITEN”, echter alleen betrekking hebbende op de tijdas. Wordt de totaaltijd veranderd, dan worden alle andere deeltijden proportioneel mee veranderd.

5. Start nadrukAfhankelijk van de gekozen wijze van omschakeling, moet de desbetreffende nadrukstart ingevoerd worden. Bij omschakeling op nadruk door een extern signaal is invoer niet nodig.

Beelschermbladzijde 3100 INSPUITEN VULFASE

Figuur 17 3100 Inspuiten vulfase

1. Weergave actuele waard - Actuele schroefpositie

- maximale spuitdruk

2. Inspuittijd/referentiewaarde De actuele waarde voor de spuittijd wordt rechts weergegeven. Wanneer de functie Inspuitbewking “Actief” geschakeld is, dan moet hier de inspuitbewakingstijd resp. de referentiewaarde voor de inspuittijd als tolerantie-bewaking ingevoerd worden.

3. Profielinvoer De profielinvoer is vergelijkbaar met die van de procedure “Sluiten”.Een bijzonderheid is, dat met positie 3 en 4 ook voor de drukbegrenzing een versnellings- of vertragingsvormige of sprongvormige overgang gerealiseerd kan worden. Sprongvormig is de overgang dan, wanneer bij de positie 3 en 4 dezelfde posities ingegeven worden.Het profielpunt voor punt “0” (Plastificeereinde is met profielpunt 5 van de procedure “Plastificeren” gekoppeld. Omdat deze positie normaal gesproken bij het plastificeren (bv door de decompressieslag) voorbij gelopen wordt, geeft ze


bij het inspuiten, de weg aan, waarop met de 1.inspuitsnelheid tot de positie 0 bewogen wordt. Wordt dit profielpunt veranderd, dan veranderen alle profielpunten (met uitzondering van punt 5) proportioneel mee. Bij tijdsafhankelijke start van de nadruk is de positie 5 de wegbewaking. Wordt deze positie bereikt voor de ingestelde tijd afgelopen is, dan komt de foutmelding “Inspuitbewaking aangesproken” en de machinecyclus wordt afgesloten.

Spuitgieten Arburg

Machine : Arburg 320SMatrijs : PaperclipMateriaal : ABS

InleidingDe bedoeling is een serie producten te maken, welke aan de eisen voldoen waarvoor het product gebruikt wordt. Het onderdeel (een weggeefartikel) moet functioneel goed zijn; het behoeft er niet perfect uit te zien. D.w.z. niet volledig vlak en glad van alle kanten.

BeginsituatieDe matrijs is ingebouwd en de cilinder/trechter is leeg. Matrijs en cilinder zijn opgewarmd en de hoofdmotor loopt. Als groep krijg je de ingang tot het gehele programma van de machine, maar je mag slechts een beperkt deel zelf beïnvloeden.

ProgrammaBekijk alleen de belangrijkste pagina’s van het programma door het na elkaar indrukken van de voorkeuze-toetsen op rij 2, 3, 4 en 5 van boven, onder het beeldscherm (zie figuur 18). Het te beïnvloeden programma staat onder de L (injecteren en nadruk).

De waarden zijn te vinden door pijl op/pijl neer; links/rechts. Wijzigen van gegevens door nieuwe getalwaarde in te typen linksonder in beeld en bevestigen met Y. Correctie m.b.v. N. Gaat het beeld uit; druk op de pijltjestoets.

MachinebedieningAllereerst zal de machine voorzien moeten worden van het juiste materiaal. Neem daarvoor 2 emmers met materiaal uit de droger en doe deze in de invoertrechter. Deksel er weer op doen. Bijlage 2 geeft de bediening van de machine weer. Linksonder op rij 1 en 2 verlichte knoppen. D.w.z., de hoofdmotor en de verwarming staan aan.Verder zijn er de volgende knoppen:Sleutelen : D.w.z. er kan gemonteerd/gedemonteerd worden b.v. matrijsinbouw (dikke stip).Hand : Alle bewegingen vinden plaats na indrukken van de knoppen en vasthouden.

Let op! Inspuiten en draaien van de schroef alleen indrukken, nadat spuiteenheid geheel rechts staat.

Halfautomaat : De machine maakt 1 cyclus.Automaat : De machine loopt automatisch.

Starten van het proces


- Zorg dat de matrijs open staat.- Zorg dat de spuiteenheid naar rechts staat.- Spuit de cilinder ± 10 x door en schroef opnieuw materiaal. Let op!!, het materiaal is heet en

plakt.Verwijder materiaal tussen spuitneus en matrijs m.b.v. een messing stang.Neusbescherming open/dicht.

- Start op halfautomaat en bekijk of de producten uit de matrijs komen.- Vallen de producten niet, verwijder ze dan m.b.v. de messing stang.- Start nogmaals op halfautomaat.- Vallen de producten goed weg, ga dan over op automaat.- Er zullen nu producten uit de machine komen, welke niet volmaakt zijn.

Optimalisatie van het product- Vulpatroon van de matrijs in orde maken.

Zet de nadruk zo laag mogelijk (d.w.z. knop L, nadruk p311/p312 op 25 of 2). Wijzig het omschakelpunt (knop L, injecteren V of S), zodanig dat de matrijs voor

99% gevuld is.Maximaal toegestane waarde10 ccm of 14 mmMinimaal toegestane waarde 2 ccm of 1 mm

- Product goed gevuld maken, krimp compenseren Wijzig de nadruk (knop L, nadruk p311/p312), zodanig tot het product goed vlak is.

Maximaal toegestane waarde1000 of 80 barMinimaal toegestane waarde25 of 2 barOpmerking: Hoe lager, hoe beter (minimaal energieverbruik).

- Nadruktijd zo kort mogelijk (minimaal energieverbruik) Wijzig de nadruktijd (knop L, nadruk t312)

Maximaal toegestane tijd 15 secMinimaal toegestane tijd 0 secOpmerking: Product moet goed gevuld blijven.

Stoppen van het proces Druk halfautomaat in. De machine stopt aan het eind van de cyclus. Verwijder het materiaal uit de machinebunker. Let op: soort bij soort, in de juiste verpakking. Zet de spuiteenheid helemaal naar rechts. Spuit de spuitcilinder leeg: d.w.z. net zo lang doorspuiten dat er geen materiaal meer uit de

neus komt. Zet de matrijs open. Matrijsdeelvlakken inspuiten met anti-roest. Stop de machine: hoofdmotor uit Verwarming uit.


Figuur 18 Toetsenpaneel Arburg


Spuitgieten Klöckner

Machine : Klöckner Ferromatik FX 75Matrijs : Philips haakMateriaal : ABS

InleidingDe bedoeling is een serie producten te maken, welke aan de eisen voldoen waarvoor het product gebruikt wordt. Het onderdeel komt binnenin een stofzuiger te zitten en moet functioneel goed zijn; het behoeft er niet perfect uit te zien. D.w.z. niet volledig vlak en glad van alle kanten.

BeginsituatieDe matrijs is ingebouwd en de cilinder/trechter is leeg. Matrijs en cilinder zijn opgewarmd en de hoofdmotor loopt. Als groep krijg je de ingang tot het gehele programma van de machine, maar je kunt slechts een beperkt deel zelf beïnvloeden.

ProgrammaBekijk alleen de belangrijkste pagina’s van het programma door het na elkaar indrukken van de voorkeuzetoetsen op rij 2 van boven, onder het beeldscherm (zie figuur 19). Het te beïnvloeden programma staat op pagina 41. Druk in: P gevolgd door 4 en 1 en bevestig dit met “enter”. De te veranderen waarde kleurt “wit”.De volgende waarden zijn te vinden door pijl op/pijl neer. Wijzigen van gegevens door nieuwe getalwaarde in te typen (kleur blauw) en bevestig met enter (wit). Correctie m.b.v. clear. Gaat het beeld uit; druk op spatiebalk.

MachinebedieningAllereerst zal de machine voorzien moeten worden van het juiste materiaal. Neem daarvoor 2 emmers met materiaal uit de droger en doe deze in de invoertrechter. Deksel er weer op doen. Figuur 19 geeft de bediening van de machine weer.Linksboven op rij 1 zijn 2 verlichte groene knoppen ingedrukt d.w.z. de hoofdmotor en de verwarming staan aan. Linksonder is een groene knop voor het starten van het programma en het resetten van storingen.B.v. beschermdeur open (rood) in beeldscherm. Beschermdeur dichtdoen, of 1 keer open en dicht en direct op groene knop linksonder drukken. Rechtsonder is een keuzeschakelaar voor het programmaverloop.Er zijn de volgende standen:Sleutelen : D.w.z. er kan gemonteerd/gedemonteerd worden b.v. matrijsinbouw.Hand : Alle bewegingen vinden plaats na indrukken van de knoppen op rij 2 en 3 (knop

ingedrukt houden tot beweging heeft plaatsgevonden).Let op! Inspuiten (rij 3, knop 3) en draaien van de schroef (rij 3, knop 4) alleen indrukken, nadat spuiteenheid geheel rechts staat (rij 2, knop 4).

Halfautomaat : De machine maakt 1 cyclus, starten met groene knop linksonderAutomaat : De machine loopt automatisch, starten met groen knop linksonder.

Starten van het proces.- Zorg dat de matrijs open staat (rij 2, knop 1).


- Zorg dat de spuiteenheid naar rechts staat (rij 2, knop 4).- Spuit de spuitcilinder ± 10 x door (rij 3, knop 3).

Let op! het materiaal is heet en plakt.Wacht tussen elke keer doorspuiten ± 5 sec.Verwijder materiaal tussen spuitneus en matrijs m.b.v. een messing stang.Neusbescherming open/dicht.

- Start op halfautomaat en bekijk of de producten uit de matrijs komen.- Vallen de producten niet, verwijder ze dan m.b.v. de messing stang.- Start nogmaals op halfautomaat.- Vallen de producten goed weg, ga dan over op automaat.- Er zullen nu producten uit de machine komen, welke niet volmaakt zijn.

Optimalisatie van het product.- Vulpatroon van de matrijs in orde maken.

Zet de nadruk op 0 (regel 9, inspuitdruk P2 op 0). Pagina 41. Wijzig het omschakelpunt (regel 7 – S1) zodanig dat de matrijs voor 99% gevuld is.

Maximaal toegestane waarde15 mmMinimaal toegestane waarde 3 mm

- Product goed gevuld maken, krimp compenseren Wijzig de nadruk (regel 9, inspuitdruk P2) zodanig tot het product goed vlak is

Maximaal toegestane waarde80 barMinimaal toegestane waarde 0 barOpmerking: Hoe lager, hoe beter (minimaal energieverbruik).

- Nadruktijd zo kort mogelijk (minimaal energieverbruik) Wijzig de nadruktijd (regel 11, inspuittijd T2)

Maximaal toegestane tijd 12 secMinimaal toegestane tijd 0 secOpmerking: Minimale tijd bepalen m.b.v. wegen

Stoppen van het proces- Zet de keuzeschakelaar op halfautomaat.

De machine stopt aan het eind van de cyclus.- Verwijder het materiaal uit de machinebunker.

Let op: soort bij soort, in de juiste verpakking.- Zet de spuiteenheid helemaal naar rechts.- Spuit de spuitcilinder leeg: d.w.z. net zo lang doorspuiten dat er geen materiaal meer uit de neus

komt.- Zet de matrijs open.- Matrijsdeelvlakken inspuiten met anti-roest.- Stop de machine: hoofdmotor uit- Verwarming uit.


Figuur 19 Toetsenpaneel Klöckner


Machine : Klöckner/FerromatikSchroef : ø 35

Matrijs : WiriMateriaal : ABS/TPE

De matrijs is opgebouwd en aangesloten op het koelen kerntreksysteem. Het kerntreksysteem bestuurd een schuif binnenin de maatrijs, waardoor het afdichtdeel vrij of niet vrij wordt gegeven. Spuiteenheid 1 naar voren, schuif naar voren (rechts). Het systeem komt overeen met het systeem zoals beschreven in Th2-4 de 3e oplossing. De kap zelf wordt gespoten uit ABS door spuiteenheid 1. De afdichting uit TPE door spuiteenheid 2. Zorg allereerst dat de kop uit ABS volledig goed is. Dus voorzien van nadruk zo laag mogelijk, de juiste koeltijd, enz. enz. Let op afdrukking uitwerppennen en beweging schuif. De massa-temperatuur van het ABS moet ongeveer 210°C zijn.Zorg dat alleen spuiteenheid 1 werkt. Bladzijde 44 regel 2: keuze-eenheid op 1, bij spuiteenheid 1. Ziet de kap uit ABS er goed uit en is het proces goed ingesteld ga dan over op 2K. Stop de machine. Ga weer naar blz. 44 regel 2 en zet deze op 3. Regel 13 op 2 en 16 op 1. Neem de gevonden koeltijd van blz. 40 regel 19 (bij spuiteenheid 1) en geef die in (bij spuiteenheid 2) op blz. 44 regel 11. Deze vertragingstijd, waarbij spuiteenheid 2 naar beneden gaat, wordt zodoende weer de koeltijd voor de ABS.Zorg nu dat de afdichting met TPE volledig goed ia. Dus ook weer nadruk, koeltijd, enz. enz. in orde.De massatemperatuur van het TPE is ongeveer 170°C.

Opmerking:De ingestelde koeltijd (bij spuiteenheid 2) is de koeltijd na de nadruk van de TPE, blz. 40 regel 19.

Procesoptimalisatie

Machine : ArburgSchroef : ø 30Matrijs : haakMateriaal : PP

Omschakelen op nadruk m.b.v. binnendrukDe machine heeft een wegafhankelijk omschakelpunt.Zie pagina injecteren L, S/V 305. Ga nu naar X, p 4082 en noteer het bijbehorende binnendruk omschakelpunt. Stop de machine; keuze half automaat en dan hand. Druk nu in de L, injecteren en “keuze prod. cont”. Geef bij f312 een 2 in. Ga terug naar injecteren en geef bij P309 de gevonden omschakeldruk in.Start de machine weer.

NadrukprofielDe machine is dus voorzien van drukopnemers. Deze worden weergegeven bij de W grafiek 1. De paarse is de werkelijke hydraulische druk, de rode is de matrijsbinnendruk. Probeer nu voor dit materiaal de ideale binnendrukcurve te maken, door de inspuit-/nadruk te veranderen bij L. Bekijk elke keer weer het resultaat op W grafiek 1.

Machine : Klöcker/FerromatikSchroef : ø 35Matrijs : RoosterMateriaal : ABS


Omschakelen op nadruk m.b.v. binnendrukStop de machine; keuze schakelaar half automaat. Ga naar pag. 43 en zet regel 2 op 1. Het programma loopt door naar pag. 41 en geef bij regel 6 – 500 bar op. Het programma loopt nu naar pag. 81.1 regel 5, geef nu “enter”.Ga terug naar pag. 41 en start de machine weer. De bij het wegafhankelijke omschakelpunt behorende binnendruk wordt nu weergegeven op regel 6. Zet nu regel 6 op deze druk en daarna regel 7 een 0,5 mm kleiner. De machine zal nu als eerste regel 6 nemen als omschakelpunt.

NadrukprofielDe machine is dus voorzien van drukopnemers. Deze worden weergegeven op P 46. Bij sleutelstand 0 worden elke cyclus de grafieken opgenomen en weergegeven. De blauwe is de hydraulische druk, de paarse de matrijsbinnendruk. Vindt de grafische weergave niet plaats, dan is er een storing opgetreden. Ga dan naar P 45 en druk op “clear”, daarna terug naar P 46. Probeer nu voor dit materiaal de ideale binnendrukcurve te maken, door in sleutelstand 1 de inspuit-/nadruk te veranderen op P 41. Bekijk het resultaat weer op P 46, sleutelstand 0.

Machine : BoySchroef : ø 24Matrijs : paperclipMateriaal : PP

Omschakelen op nadruk m.b.v. binnendrukDe machine heeft een wegafhankelijk omschakelpunt.Zie pagina 3200: inspuiten nadrukfase. Ga nu naar M, pagina 7200 dan vind je op regel 7 de holtedruk behorende bij het wegafhankelijke omschakelpunt.Stop de machine; keuze half automaat en dan hand. Druk nu op wegafhankelijk, daarna op holtedrukafhankelijk en geef de gevonden omschakeldruk in.Start de machine weer.

NadrukprofielDe machine is dus voorzien van drukopnemers. Deze worden weergegeven bij pagina 3300: meetwaarde registratie kanaal 1.De groene is de hydraulische druk, de blauwe is de matrijsbinnendruk. Probeer nu voor dit materiaal de ideale binnendrukcurve te maken, door de inspuit-nadruk te veranderen bij pagina 3100/3110/3200/3210.Bekijk elke keer weer het resultaat op de grafiek van pagina 3300.

3.5.4 Productie nieuw

1 Begininstelling machine (weg/volume, schakeling)

a. Materiaaltemperatuur Deze wordt bepaald door de cilindertemperaturen en is vaak niet direct afleesbaar. Bij een 5 zone machine bepalen zone 3 en 4, bij een 4 zone machine zone 3, en bij een 3 zone machine bepaalt zone 2 de massatemperatuur. Neem de gemiddelde aangegeven massatemperatuur als instelling voor deze zones.Naar de invoeropening (trechter) 10 à 20° aflopend. De neus (open) ook 10° lager.

Voorbeeld: aangegeven massatemperatuur 160 – 230°C. Neem gemiddelde, dus 195°C.

Zone 3 - 195°C


Zone 4 - 195°CZone 2 - 190°CZone 1 - 185°C - invoerZone 5 - 190°C - neus

b. Matrijstemperatuur Voorbeeld: aangegeven matrijstemperatuur 20 - 80°CNeem een gemiddelde waarde afhankelijk van wanddikte. Dunne wand < 1 mm aan de hoge kant (± 70°C). Dikke wand > 5 mm aan de lage kant (± 30°C).

Voorbeeld : dikte 3 mmMatrijs : 40°C

c. Koeltijd (na inspuiting )Neem Tk = 2d2 in sec (d = dikte wand)Let op: neem bij een dikke stangaanspuiting een iets langere tijd.Restkoeltijd (na nadruk) is Trest = Tk – Tn

Bij een aantal machines moet dit ingegeven worden als koeltijd.

Voorbeeld:d = 3 mm

Tk = 2 x 32 = 18 sec.

Normale stang, dus Tk = 18 sec.Tn = nadruktijd zie punt g.

d. Inspuitdruk Zoek de minimale wanddikte op van het product en kies dan de bij het materiaal aangegeven waarden.Kleiner dan 1 mm bijna maximaal aangegeven waarde, groter dan 5 mm bijna minimaal aangegeven waarde.

Voorbeeld: aangegeven 800 – 1200 bar (80-120)Bij 3mm wanddikte ± 1000 bar (100)

e. Inspuitsnelheid/-tijd Zie richtwaarden.Gestart wordt met een bepaalde inspuitsnelheid volgens het 0-programma en we vergelijken het met de richtwaarden voor de inspuittijd.

f. NadrukhoogteNeem om te beginnen de laagst aangegeven waarde (1 nadrukhoogte, 1 totaaltijd).

g. Nadruktijd (totaal)Neem Tn = 30% van de koeltijd Tk (zie c)

Voorbeeld: Tk = 18 sec.Tn = 30% van 18 ≈ 5 sec.

h. Stuwdruk In principe kiezen we die om te starten zo laag mogelijk (zie materiaalgegevens). Soms kan het noodzakelijk zijn om bv. bij inkleuren of het verwerken van gebroken materiaal een hogere stuwdruk te nemen.


Voorbeeld: 40 (4) bar.

i. “Rest”koeltijdTrest = Tk – Tn

Voorbeeld: Trest = 18 – 5 = 13 sec

j. SluitkrachtSluitkracht is gemiddelde matrijsdruk (400 bar bij technische kunststoffen) x geprojecteerd oppervlak product + aanspuiting.Opmerking: 1 bar 1 kg/cm2 10N/cm2

Voorbeeld: gem. matrijsdruk 400 barGeprojecteerde oppervlak 50 cm2

Sluitkracht:50 x 400 x 10 = 200.000 N = 200 kN

Opmerking: Bovenstaande geldt alleen voor matrijzen zonder schuiven.

k. Doseerpunt, decompressie, omschakelpuntAllen worden aangegeven in weg, d.w.z. zoveel mm, of in volume, d.w.z. zoveel cm3.Het 0-punt is altijd de schroef helemaal voor in de neus.

Doseerpunt/wegBepaling vooraf: Is gewicht product + aanspuiting bekend dan kan de benodigde

hoeveelheid materiaal met lage stuwdruk ook uitgerekend worden m.b.v. de formule.

Decompressie: ± 5% van doseerpunt

Omschakelpunt (wegafhankelijk): wanneer 90% is ingespoten d.w.z. 10% blijft over.

Dus: omschakelpunt 10% doseerpunt.

Bestaat de mogelijkheid om automatisch om te schakelen via de drukopnemer dan is dat erg handig. Bepaal eerst het doseerpunt (zie boven) en neem 10% meer. Er moet een buffer overblijven. Het systeem werkt alleen in combinatie met nadruk; begin daarom met een lage nadruk.

k. DrogenMateriaal: zie leverancier b.v.Droogtemperatuur 80°CDroogtijd minimaal 4 uur


Tabel 7: Arburg richtlijnen machine-instelling

Spuitgiet-materiaal

Cilindertemp. (°C)

Matrijstemp. (°C)

Injectiedruk(bar)

Nadruk(bar)

Stuwdruk(bar)

Voetnoot

PS 160-230 20-80 650-1550 350-900 40-80SB 160-250 50-80 650-1550 350-900 40-80SAN 200-260 40-80 650-1550 350-900 40-80ABS 180-260 50-85 650-1550 350-900 40-80PPO mod. 245-290 75-95 1000-1600 600-1250 60-90PVC hard 160-180 20-60 1000-1500 400-900 40-80 3)5)8)

PVC zacht 150-170 20-60 400-1550 300-600 40-80 3)5)8)

CA 185-225 60-80 650-1350 400-1000 40-80 3)4)8)

CAB 160-190 60-80 650-1350 400-1000 40-80 3)4)8)

CP 160-190 60-80 650-1350 400-1000 40-80 3)4)8)

PMMA 220-250 20-90 1000-1400 500-1150 80-120 4)

PC 290-320 85-120 1000-1600 600-1300 80-120 4)

PSO, PES 320-390 100-160 900-1400 500-1100 80-120 4)

PE zacht 210-250 20-40 600-1350 300-800 40-80PE hard 250-300 20-60 600-1350 300-800 60-90PP 220-290 20-60 800-1400 500-1000 60-90PA 6.6 270-295 9) 20-120 450-1550 350-1050 40-80 4)8)

PA 6 230-260 9) 40-120 450-1550 350-1050 40-80 4)8)

PA 6.10 220-260 9) 20-100 450-1550 350-1050 40-80 4)8)

PA 11 200-250 9) 20-100 450-1550 350-1050 40-80 8)

PA 12 200-250 9) 20-100 450-1550 350-1050 60-90PA amorf 260-300 70-100 900-1300 300-600 60-90POM 185-215 80-120 700-2000 500-1200 40-80 3)8)

PETP 260-280 20-140 800-1500 500-1200 80-120PBTP 230-270 20-60 800-1500 500-1200 80-120PPS 300-360 20-200 750-1500 350-750 40-80FEP 340-370 150-180 5)

ETFE 315-365 80-120 5)

1) Temperatuur per zone ± 10°C op laten lopen; vanaf invoerzone naar neus.2) Bij temperatuurgevoelige materialen alleen hoge temperaturen instellen bij korte verblijfstijden.3) Temperatuurgevoelig materiaal.4) Granulaat altijd drogen voor gebruik.5) Geen afsluitbare neus gebruiken.6) Liever geen terugstroomsperring gebruiken.7) Geen terugstroomsperring gebruiken.8) Alleen met lage stuwdruk werken.9) Voor betere materiaal invoer, temperatuur invoerzone gelijk aan voorgaande zone instellen.

Richtwaarde voor de inspuittijd in sec.voor laag, middel en hoog viskeuze grondstoffen.

Inspuitvolume ccm of inspuitgewicht gram

Inspuittijd in secondenLaagviskeus Middelviskeus Hoogviskeus

1….8 0,2….0,4 0,25….0,5 0,3….0,68….15 0,4….0,5 0,5….0,6 0,6….0,75


15….30 0,5….0,6 0,6….0,75 0,75….0,930….50 0,6….0,8 0,75….1,0 0,9….1,250….80 0,8….1,2 1,0….1,5 1,2….1,880….120 1,2….1,8 1,5….2,2 1,8….2,7120….180 1,8….2,6 2,2….3,2 2,7….4,0180….250 2,6….3,5 3,2….4,4 4,0….5,2

Richtwaarde voor de inspuitsnelheid in cm3/secvoor laag, middel en hoog viskeuze grondstoffen.

Inspuitvolume ccm ofInspuitgewicht gram

Inspuitsnelheid in cm3/secLaagviskeus Middelviskeus Hoogviskeus

1….8 4….20 3….18 2….168….15 20….30 18….25 16….1815….30 30….50 25….40 18….3630….50 50….64 40….50 36….4050….80 64….66 50….54 40….4280….120 66….68 54….56 42….44120….180 68….70 56….57 44….46180….250 70….71 57….58 46….48

Afhankelijk van de schroefdiameter moeten bovengenoemde inspuitsnelheden in cm3/sec met de volgende factoren worden vermenigvuldigd om de inspuitsnelheid in mm/sec te krijgen.

Viscositeit KunststofsoortLaag PE week, PA4.6, PA6, PA6.6, PA6.10,

PA11, POM, PET, PBT, PPS, TPEMiddel PS, SB, SAN, ABS, PPO mod., PVC

week, CA, CAB, CP, PE hard, PP, PA12, PA amorf

Hoog PVC hard, PMMA, PC, PSO, PES, PEI, PAI, PVDF, FEP, ETFE

Materiaal Droogtemperatuur 80°C

Droogtijd 4 uur

Zone 1 (5) invoer 185°C

Zone 2 (4) 190°C

Zone 3 (3) 195°C

Zone 4 (2) 195°C

Zone 5 (1) neus 190°C

Matrijstemperatuur 40°C

Inspuitdruk 1000 (100) bar

Nadrukhoogte 600 (60) bar


Nadruktijd (totaal) 5 sec

Stuwdruk 40 (4) bar

Rest-koeltijd 13 bar

Sluitkracht 200 kN

Doseerpunt 40 mm cm3

Decompressie 2 mm cm3

Schakelpunt 4 mm cm3

Materiaal Droogtemperatuur °C

Droogtijd uur

Zone 1 (5) invoer °C

Zone 2 (4) °C

Zone 3 (3) °C

Zone 4 (2) °C

Zone 5 (1) neus °C

Matrijstemperatuur °C

Inspuitdruk bar

Nadrukhoogte bar

Nadruktijd (totaal) sec

Stuwdruk bar

Rest-koeltijd bar

Sluitkracht kN




Materiaal Droogtemperatuur °C

Droogtijd uur

Zone 1 (5) invoer °C

Zone 2 (4) °C

Zone 3 (3) °C

Zone 4 (2) °C

Zone 5 (1) neus °C

Matrijstemperatuur °C


Inspuitdruk bar

Nadrukhoogte bar

Nadruktijd (totaal) sec

Stuwdruk bar

Rest-koeltijd bar

Sluitkracht kN




Aanloop productieDe matrijs kan worden opgebouwd op de stand instellen en voorzien van het z.g. 0-programma. De temperaturen van de cilinder en de matrijs moeten worden ingesteld en aangezet zodat deze alvast kunnen opwarmen. Let op het in de cilinder aanwezige materiaal in verband met de veiligheid. Begin alvast met punt 1 en 2.

1) Zet de machine op stand “instellen” en kijk of de nulpuntsinstellingen goed zijn, d.w.z. matrijs dicht, uitstoter naar achteren en bij Arburg en Boy neus tegen matrijs.

2) Zet de machine nu “op hand” en pas de matrijsbeweging aan, d.w.z. dichtloopkracht, matrijsbeveiliging, openloopweg, uitstortweg en alle daarbij behorende snelheden.

3) Start het proces (semi automaat) nu zonder nadruk, dit kan op 2 manieren.a) Nadrukhoogte zo laag mogelijk en nadruktijd minimaal 10 sec.b) Nadruktijd op 0 en verleng de (rest)koeltijd met minimaal 10 sec. Bepaal de juiste vulling, zodat de matrijs voor 99% gevuld is. D.w.z. holte net niet gevuld met maximale krimp. Doseerpunt en/of omschakelpunt aanpassen. Is de vulling onregelmatig, verhoog dan de stuwdruk. Let op koeltijd/sluitkracht. Vallen de producten goed, zet de machine dan op volautomatisch.

4) Pas inspuitdruk aan, zodat de opgenomen maximale druk 5 (50) à 10 (100) bar lager is dan de bijbehorende inspuitdruk of drukbegrenzing. Controleer inspuittijd en pas eventueel injectiesnelheid aan. Moet de druk verhoogd of de injectiesnelheid gewijzigd worden, optimaliseer punt 3 opnieuw.

5) Bepaal de juiste nadrukhoogte, lettend op productgewicht, productvorm, inval en vastzitten in de matrijs.Begin laag maar houd de nadruktijd lang (2x gevonden waarde). Let op buffer/sluitkracht.

6) Bepaal de juiste totale nadruktijd m.b.t. wegen, pas eventueel restkoeltijd aan.

Opmerking:Om inwendige spanningen zoveel mogelijk te vermijden is het verstandig het nadrukprofiel aan te passen aan het krimpgedrag van het materiaal. Hiervoor geldt:Kristallijn materiaal : één druk gelijkblijvend gedurende een bepaalde tijd, zoals bij punt 5 en 6

bepaald.Amorf materiaal : iets aflopend: regelmatig of in 2 of meerdere trappen met een gemiddelde druk


gelijk aan punt 5 en een totaal tijd zoals bepaald in punt 6.

Vanwege vlekken, vegen of ontluchting kan het nodig zijn de inspuitsnelheden aan te passen. Optimaliseer punt 3 en 4 dan opnieuw.

7) Bepaal de juiste (rest)koeltijd lettend op maatvoering, aftekening van uitdrukpennen, productvorm en producttemperatuur en minimaliseer de matrijstemperatuur.

8) Bepaal het juiste schroeftoerental en/of de doseervertraging aangepast naar de restkoeltijd. Eventueel de stuwdruk wijzigen, afhankelijk van productuiterlijk. Optimaliseer punt 3 opnieuw bij stuwdrukwijziging.

9) Bepaal de juiste sluitkracht, lettend op braam, vlies.

10) Bepaal de minimale openloopweg en aantal slagen van de uitwerper en pas eventueel de snelheden aan.

Arburg

Bewaking

Inspuit (injectie) tijd

Druk op knop X en zet f 4001 op nee, ga daarna naar f 4004 en geef daar een 1 in (referentiewaarden vaststellen, normaal).Geef bij f 4002 (aantal cycli) 10 in;f 4003 op Y drukken geeft 0.

De referenties worden nu vastgesteld over de eerstvolgende 10 cycli. Ook worden de toleranties bepaald.

Ga nu naar f 4017 (injectietijd) en geef ja (Y) in; alles nog steeds onder de X-toets.

Nu moeten de kwaliteitsbewaking f 4001 (ja) en de foutbewerking f 4121 (ja) nog worden ingesteld.

Stel nu f 4124 op b.v. 500f 4122 op b.v. 10f 4126 op b.v. 2

Buffer of massakussenWerkwijze, zie inspuittijd

Hydraulische of holtedrukWerkwijze, zie inspuittijd

Boy

Bewaking

A. Inspuit (injectie) tijd


Ga naar pagina 7200 en bekijk welke 10 productiegegevens worden weergegeven m.b.v. “keuze”.

Geef hierbij (indien niet aanwezig) de inspuittijd in en druk op “sluiten”.

Ga nu naar pagina 7210 (2e knop van links op het scherm onderaan). En laat bij een lopende machine de gemiddelde waarden over de volgende 10 cycli uitrekenen.

Automatische referentie waardeberekening aantoetsen (2x) en met de “volgende 10 cycli” ingeven (teller loopt).

Bepaal nu over dezelfde 10 cycli het maximum en het minimum op pagina 7200, zodat de tolerantie op 7210 kan worden ingegeven.

Schakel de tolerantiebewaking in en geef een reactie bij tolerantieafwijking in b.v. “alarmmelding”.



Klöckner

Bewaking

B. Inspuit (injectie) tijdDe startpagina van de bewaking is pagina 80 (knop 7, 2e knoppenrij).

Zet allereerst alle bewakingen uit regel: no.2 en 6 op 0 (sleutelschakelaar op 1).

Ga nu naar pagina 81.0 en activeer regel “boven 00.0.000” net onder “pagina 82.0 geeft weer” m.b.v. pijltjes-toetsen; 00.0.000, wordt wit.

Druk of softkey (toetsen net onder beeldscherm) ” is – waarden invoegen”.

Blader verder naar pagina 81.1 en activeer (geel) m.b.v. de pijltjestoetsen regel no.6 (inspuittijd).

Druk nu op “enter”, vervolgens op “clear”.

Zet vervolgens alle toleranties op pagina 81.1 en 81.2 op 0.

Bekijk nu op pagina 81.1 regel 6 de inspuittijd en geef een tolerantie in.

Ga naar pagina 82 (P.8.2. enter) en bekijk of de tolerantie goed is gekozen.

Eventueel Softkey “referentie 1 vastzetten” indrukken.

Is dit in orde dan kunnen we gaan bewaken.

Pagina 80 regel no. 2 en regel no. 6 op 1. Alles nog steeds op sleutelstand 1.

Bij elke afwijking buiten de tolerantie komt er een alarm (rode balk in beeld).

Bewaking uitzetten: pagina 80 regel 2 op 0.


Willen we de machine stoppen op een afwijking dan moet de sleutelrand op 0.



Deel III-Opdrachten

3.6 Opdrachten hoofdstuk 3

Opdrachten 3.5.1 (Blok I)1. Beschrijf hoe een complete spuitgietcyclus is opgebouwd. 2. Waarom moeten de openen dicht snelheden van een spuitgietproces zo

snel mogelijk. 3. Hoe bepaald men in de praktijk de benodigde sluitkrachten. 4. Wat is het nadeel van een te hoge sluitkracht. 5. Wat is het nadeel van een te lage sluitkracht. 6. Geef een manier aan om energie te sparen bij het dichthouden van een

matrijs. 7. Hoe dienen dichtloop- en veiligheidskrachten te worden afgesteld. 8. Hoe moeten de snelheden zijn bij de veiligheidskracht.9. Hoe lang moet de veiligheidsweg zijn.

Opdrachten 3.5.1 (Blok II)1. Waarvan is de benodigde inspuitdruk afhankelijk.2. Wat gebeurt er als de hydraulische druk onvoldoende is om een bepaalde

snelheid te bereiken.3. Waarom zou het nodig kunnen zijn de inspuitsnelheid te variëren.4. Spuitgietmachinefabrikanten geven vaak een hoge en een lagere waarde

voor de benodigde inspuitdruk. Wanneer neem je de hoge en wanneer de lage.

5. Schets de stroming van de kunststof in een matrijskanaal.6. Geef aan het verloop in de hydraulische druk en de druk in de vormholte

t.o.v. de tijd.7. Wat is het nadeel van een te lage inspuitsnelheid.8. Wat is het nadeel van een te hoge inspuitsnelheid.9. Geef het verband aan tussen de hydraulische druk, de druk voor in de neus

en de schroefdiameter(s).

Opdrachten 3.5.1 (Blok III)1. Wat is een P.V.T. diagram.

2. Waarom is het zo belangrijk om het proces in de matrijs volgens het P.V.T. diagram plaats te laten vinden.

3. Schets het ideaalbeeld van de druk in de matrijs uitgezet tegen de tijd van een amorf en een kristallijne materiaal.

4. Hoe moet het nadrukprofiel eruit zien voor een amorf materiaal. 5. Hoe moet het nadrukprofiel eruit zien voor een kristallijne materiaal. 6. Wanneer nemen we de hoogst aangegeven waarde als richtlijn voor de nadruk. 7. Wanneer nemen we de laagst aangegeven waarde als richtlijn voor de nadruk. 8. Waarvan is de nadrukhoogte afhankelijk. 9. Waarom is het zo belangrijk om de nadruk zo laag en zo kort mogelijk te nemen. Hoe bepaal je de juiste

nadruktijd (standaardmethode).


Opdrachten 3.5.1 (Blok IV)1. Bepaal de koeltijd van een product m.b.v. de vuistregel voor een product met een wanddikte

maximaal van 2 mm.2. Waarom en vanaf welke temperatuur is het raadzaam om geïsoleerde tussenplaten te gebruiken

tussen matrijs en machine.3. Een manier om een matrijs te koelen is door deze rechtstreeks op het koelwater aan te sluiten.

Wat is het nadeel van deze manier.

a. Wat is het voordeel van deze manier.b. Hoe hoge temperaturen kan men bereiken.c. Hoe kan men matrijstemperatuur laten regelen.

4. Een manier om een matrijs te koelen is door deze aan te sluiten via een matrijsverwarming/koeling. a. Hoe hoge matrijstemperatuur is haalbaar met moderne waterapparaten.b. Welke regelmogelijkheden zijn er en wat zijn de voor- en nadelen hiervan.

Opdrachten 3.5.1 (Blok V)1. Wat verstaat men onder plastificeercapaciteit.2. Wat verstaat men onder L/D verhouding van een schroef. 3. Wat is het nadeel van langere schroeven.4. Wat is stuwdruk en wat kunnen we ermee beïnvloeden. 5. Waarom moet de massapolster (buffer) zo klein mogelijk zijn. 6. Waaraan moet de plastificeertijd lang zijn. 7. Wat is plastificeervertraging en waarom past men het toe. 8. Door een kleine buffer te nemen wordt de effectieve lengte van de schroef zo lang mogelijk.

Hoe zit dat. Eventueel toelichten met een schets

Hoe kunnen we 2 verschillende machines op dezelfde manier laten plastificeren, ervan uitgaande dat de schroefdiameters verschillend zijn

Opdrachten 3.5.21 Geef 3 principes met reden omschreven, waar een drukopnemer het beste in de matrijs kan

worden geplaatst. 2 Waar wordt een drukopnemer vaak geplaatst, gezien de aftekening die deze achterlaat op het

product 3 a. Noem 5 verschillende manieren om van inspuiten over te schakelen op nadruk.

b. Welke 2 worden het meest toegepast. 4 Welke 2 fouten kunnen ontstaan bij het overschakelen van inspuiten op nadruk gezien via de

binnendrukgrafiek. 5 Bepaal voor een productgewicht van 100 gram. 6 Wat is bufferbewaking en waar is deze nuttig voor.7 Wat is inspuittijdbewaking en waar is deze nuttig voor.

Opdrachten 3.5.31. Hoe komen alle bewegingen bij een standaard spuitgietmachine tot stand. 2. Wat is het verschil tussen een gestuurde en een geregelde machine. 3. Wat verstaat men onder Euromap aanbevelingsnormen voor spuitgietmachines. 4. Wat is het voordeel van een elektrische spuitgietmachine.



W2


Hoofdstuk 4 – Materiaalkunde: Kunststoffen


Deel I - Algemeen

4.1 Inleiding

4.1 Inleiding . . . . . . . . 14.2 Doelstellingen . . . . . . . . 14.3 Oriëntatie . . . . . . . . 14.4 De programmering . . . . . . . 24.5 Leerstof . . . . . . . . 34.6 Opdrachten . . . . . . . . 4

Kennis van materialen en in het bijzonder van kunststoffen is in de werktuigbouwkunde van groot belang. De bruikbaarheid van materialen wordt vooral bepaald door de vervormbaarheid, bewerkbaarheid en kostprijs. Om vast te kunnen stellen of een kunststof voor een bepaalde toepassing geschikt is moet eerst uit een analyse bepaald worden aan welke eisen het moet voldoen. De leerstof in dit hoofdstuk bevat elementaire kennis van polymeren en hun eigenschappen. Ook zal aandacht worden geschonken aan de fundamentele achtergronden van chemische bindingen.Dit hoofdstuk zal afgesloten worden met een practicum kunststofkarakterisatie bij de vakgroep Polymeerchemie van de Rijksuniversiteit Groningen.

4.2 DoelstellingenHet bijzondere gedrag van kunststoffen is samen te brengen onder een gemeenschappelijke noemer, namelijk de opbouw uit zeer grote moleculen: makromoleculen. Deze macromoleculen worden verkregen door vele (kleine) moleculen met elkaar te verbinden. De stoffen opgebouwd uit dergelijke macromoleculen worden daarom aangeduid met de verzamelnaam polymeren (= vele delen).Aan de hand van de theorie op het gebied van chemische bindingen, polymeren, viscositeiten etc., die in dit hoofdstuk behandeld zullen worden, zijn de voornaamste doelstelling dan ook :

inzicht verkrijgen in de relatie tussen de structuur van kunststoffen en hun specifieke eigenschappen en de consequenties hiervan op het ontwerp van de matrijs

in staat zijn om een goede gesprekspartner te zijn voor specialisten op dit terrein

4.3 Oriëntatie

4.3.1 BeginvereistenEr worden geen beginvereisten gesteld.

4.3.2 LeermiddelenDe in dit hoofdstuk gebruikte literatuur bestaat voor het grootste gedeelte uit het boek: “Polymeren van keten tot kunststof” van A.K. van der Vegt, Delftse Uitgevers Maatschappij. In het hoofdstuk “De programmering zal dit boek aangeduid worden als “PKK”.Voor bepaalde onderwerpen wordt ook verwezen naar: “Polymeerchemie”, van G. Challa en “Materiaalkunde Technici”, van Budinski, Academic Service. Ook de laatste volumes van het tijdschrift Kunststoffen bevatten artikelen van A.K. van der Vegt, waarin belangrijke onderwerpen binnen de polymeerchemie op een duidelijke manier zijn geïllustreerd.



4.4 De programmeringAct.Nr

Beschrijving Studieactiviteit Tijd Soort Beoor- deling

Initiatief

1 Taak Inleidend college Polymeren 2 G G B

2 Taak PKK Hoofdstuk 1 bestuderen + vragen maken4.6.1

4 I I/G

3 Taak PKK Hoofdstuk 2 lezen + vragen maken4.6.2

4 I I/G

4 Taak PKK Hoofdstuk 3 bestuderen + vragen maken 4.6.3

4 I I/G

5 Taak PKK Hoofdstuk 4 (§3 niet) bestuderen + vragen maken 4.6.4

4 I I/G


4 I I/G

7 Taak PKK Hoofdstuk 6.1 bestuderen + vragen maken 4.6.6

4 I I/G

8 Taak PKK Hoofdstuk 7.1;7.2.1; 7.4 en 7.5 bestuderen + vragen maken 4.6.7

4 I I/G


4 I I/G

10 Taak PKK Hoofdstuk 9.2; 9.3 en 9.4 bestuderen + vragen maken 4.6.9

4 I I/G

11 Taak Hoofdstuk 4.5 “Aanvullende leerstof” uit het caseboek bestuderen

4 I I/G

12 Taak Practicum vakgroep Polymeerchemie Rijksuniversiteit Groningen

4 I I/G

13 Taak I I/G

Gedurende deze programmering zullen er drie contactmomenten met de docent worden ingebouwd, om de opdrachten te bespreken en te beoordelen.

Deel II – Aanvullende leerstof

4.5 Leerstof : Kunststof- en polymeerkarakterisering

In dit hoofdstuk zullen enige fysische en chemische analysemethoden worden besproken ter voorbereiding op het practicum van de vakgroep Polymeerchemie aan de Rijksuniversiteit Groningen.

De analyse van kunststoffen kan om veel redenen nodig zijn. Vaak wordt een analyse uitgevoerd om het gedrag van een bepaald materiaal te verklaren. In dat geval is kennis van kunststoffen, in het bijzonder kennis over de relatie tussen samenstelling en eigenschappen zeer belangrijk.Door een stukje kunststof in een reageerbuis langzaam in een gasvlam te verwarmen, kan men bijvoorbeeld onderzoeken of de kunststof smelt (een thermoplast) of dat het materiaal zijn vorm min of meer behoudt, voordat het thermisch degradeert (een thermoharder en bij elastische materialen een rubber). Het brandgedrag van polymere materialen kan een indicatie zijn voor het soort polymeer. Zo zal polystyreen branden met een sterk roetende vlam door de aanwezigheid van een aromatische structuur, terwijl polyetheen zal branden met een lichtblauwe, niet roetende vlam. Siliconenrubber


brandt onder vorming van witte rook die zich op glas kan afzetten als kristallijn siliciumdioxide. Halogeenhoudende polymeren, zoals PVC en PTFE (teflon), zijn niet brandbaar. PVC zal wel branden zolang het materiaal in de gasvlam wordt gehouden, maar zal direct doven als het uit de vlam wordt gehaald. Heel specifiek voor PVC is het ontstaan van HCl tijdens verbranden. Ook de geur die wordt waargenomen bij het verbranden van kunststoffen is zeer specifiek. Verbrandingsproducten van polyetheen ruiken naar een uitgeblazen kaars en die van polyamide ruiken naar verbrande haren.De dichtheid van kunststoffen kan soms ook enige indicatie geven. Zo hebben de polyolefinen allemaal een dichtheid die kleiner is dan 1 en zullen dus drijven in water, terwijl van de meeste andere polymeren de dichtheid groter is dan 1. Bepaling van de dichtheid gaat met behulp van een dichtheidskolom of via weging.Of een polymeer halogeen bevat is aan te tonen door een weinig materiaal op een koperdraad te verbranden. Bij aanwezigheid van halogeen zal er een groene vlam ontstaan door de vorming van koperhalogenide.

De eigenschappen van polymeren hangen niet alleen af van de chemische structuur, maar ook van de molecuulmassaverdeling. Bij een toename van de molecuulmassa nemen bijvoorbeeld de treksterkte, de breukrek, de vloeispanning, de taaiheid, de brosheid, de slijtvastheid, de verwekingtemperatuur, de smeltviscositeit en de chemische bestendigheid meestal toe. De oplosbaarheid daarentegen neemt met toenemende molecuulmassa af.De gemiddelde molecuulmassa’s kunnen op verschillende manieren worden bepaald. Bij al deze methoden wordt het polymeer in verdunde oplossing onderzocht, zodat de chemische interactie tussen de verstrengeling van de verschillende ketens de uitkomsten van de metingen niet te sterk beïnvloeden.

De aantalgemiddelde molecuulmassa (zie ook PKK, Hst 2)De aantalgemiddelde molecuulmassa kan op vele manieren bepaald worden door in een bepaalde massa polymeer het aantal moleculen te bepalen door:

a. Eindgroepbepaling; deze methode is bruikbaar voor lineaire polymeren met bekende eindgroepen. Hierbij wordt met een bepaalde techniek (titrimetrisch, spectrometrisch of door meting van de radioactiviteit) direct het aantal moleculen bepaald.

b. Smeltpuntsdaling, kookpuntsverhoging of dampfase-osmometrie; met al deze methoden kunnen alleen aantalgemiddelde molecuulmassa’s kleiner dan 15000 bepaald worden.

c. Membraan-osmometrie; Als een polymere oplossing gescheiden wordt door een semipermeabele membraan van het zuivere oplosmiddel, dan zullen oplosmiddelmoleculen naar de polymeeroplossing diffunderen, totdat de ontwikkelde hydrostatische druk zo groot is geworden dat de verplaatsing van de oplosmiddelmoleculen naar de polymeeroplossing wordt gecompenseerd. Er vormt zich dan een evenwicht in de osmometer en de eenvoudig te meten hydrostatische druk wordt de osmotische druk genoemd.Gewoonlijk wordt van minimaal vier oplossingen met verschillende polymeerconcentraties de osmotische druk gemeten. Deze drukwaarden worden gedeeld door de polymeerconcentratie en uitgezet tegen deze concentraties. Extrapolatie naar c=0 en invullen van de gasconstante R en de temperatuur T kan de aantalgemiddelde molecuulmassa berekend worden.

De massagemiddelde molecuulmassa (zie ook PKK, Hst 2)De massagemiddelde molecuulmassa kan bepaald worden met behulp van lichtverstrooiing of met sedimentatie, want beide verschijnselen hebben te maken met de massa van de deeltjes.Als licht door een oplossing wordt gestuurd, treedt er verstrooiing van het licht op. Deze verstrooiing is echter van vele factoren afhankelijk, voornamelijk van de concentratie, grootte en polariseerbaarheid van de verstrooiende moleculen en van de brekingsindexverandering ten opzichte van de concentratie. Door de laserverstrooiing van oplossingen met verschillende concentraties onder een aantal kleine hoeken te meten, is het mogelijk om uiteindelijk via een zogenaamd Zimm-diagram de massagemiddelde molecuulmassa te bepalen. Deze metingen zijn toepasbaar voor molecuulmassa’s van 1000 tot 10 miljoen. Voor deze lichtverstrooiingsmetingen moeten de oplossingen absoluut stofvrij zijn.


Bij de sedimentatiemethode voor de bepaling van de massagemiddelde molecuulmassa gebruikt men een ultracentrifuge en maakt men gebruik van het feit dat zware moleculen meer weggeslingerd worden dan lichtere. Door het verschil in concentratie te bepalen in de centrifugebuis of door de sedimentatiesnelheid te meten kan men de massagemiddelde molecuulmassa bepalen.

De viscositeitsgemiddelde molecuulmassa (zie ook PKK, Hst 2)Met viscosimetrie kan men een viscositeitgemiddelde molecuulmassa bepalen. Hiertoe wordt de viscositeit van een aantal oplossingen met verschillende polymeerconcentraties gemeten met een capillair-viscosimeter en een stopwatch of met een geautomatiseerde viscosimeter.Uiteindelijk kan men door middel van de Mark-Houwink vergelijking de viscositeitsgemiddelde molecuulmassa bepalen.

De molecuulmassaverdeling (zie ook PKK, Hst 2)De molecuulmassaverdeling van een polymeer kan eveneens op verschillende manieren worden bepaald, bijvoorbeeld via fractionering, turbidimetrische titratie, dunnelaag chromatografie en gelpermeatiechromatografie. De laatste methode is veruit de belangrijkste. Gelpermeatiechromatografie (GPC) is een vorm van vloeistof chromatografie, waarbij de kolom (waardoor de scheiding in componenten tot stand moet komen) gevuld is met een microporeus pakkingsmateriaal (polystyreen)). De scheiding naar molecuulmassa komt tot stand doordat de moleculen, afhankelijk van hun grootte, in de poriën van het kolommateriaal kunnen diffunderen. Op deze wijze treedt er een scheiding op naar molecuulgrootte in oplossing, want de grote moleculen, die nauwelijks in de poriën kunnen diffunderen, verlaten de kolom sneller dan de kleinere. Detectie kan gebeuren door UV-absorptie verandering, de brekingsindex verandering, de viscositeit of de lichtverstrooiing te meten.

Thermische analyseHet thermisch gedrag van materialen vormt een belangrijke bron van informatie om de kwalitatieve eigenschappen van zulke materialen vast te stellen. Tegenwoordig kan met kwantitatieve metingen (-170 °C tot 700 °C) verrichten onder de meest uiteenlopende omstandigheden, zoals meten tijdens regelmatig opwarmen of afkoelen, onder druk of in vacuüm, in lucht, in zuurstof of in een inert gas. Thermische analyse wordt gedefinieerd als een groep van methodieken, waarmee men een fysische eigenschap van een stof als functie van de temperatuur, waarbij het monster is onderworpen aan een programmeerbare temperatuurverandering. De twee belangrijkste technieken zijn DSC (Differentiële Scannende Calorimetrie) en TGA (Thermogravimetrische analyse). Bij DSC worden monster en referentie met een instelbare snelheid verwarmd of afgekoeld en wordt tegelijkertijd het verschil in warmte-opname tussen monster en referentie gemeten. Men kan de volgende informatie uit een DSC-curve halen: smelttemperatuur, kristallisatietemperatuur, ontledingstemperatuur. Uit de verandering van de DSC-curve verkrijgt men informatie over de soortelijke warmte, glas-rubber overgangstemperatuur.Bij thermogravimetrische analyse (TGA) wordt de massa van een monster ten opzichte van de temperatuur gemeten. Deze methode wordt voor polymere materialen meestal gebruikt voor het kwantificeren van laagmoleculaire bestanddelen, de hoeveelheid polymeer en de hoeveelheid vulstoffen.

ChromatografieHoge prestatie vloeistofchromatografie (HPLC) wordt veelvuldig gebruikt voor het kwantitatief analyseren van additieven en oligomeren. Hierbij vindt er een scheiding plaats naar chemische structuur door een gradiënt aan te brengen in de oplosmiddelen die men gebruikt. Met behulp van deze methode kunnen bijvoorbeeld polymeerblends gescheiden worden en copolymeren onderscheiden worden.Met gaschromatografie (GC) kan men de vluchtige stoffen, monomeren, oplosmiddelen en additieven van een mengsel bepalen.


Structuuropheldering van het polymeerHiervoor staan vele technieken tot onze beschikking. Veelal lukt het hiermee om de structuur van een kunststof op te helderen. Het probleem is echter dat de diverse apparatuur enorm duur is. We zullen deze technieken achtereenvolgens bespreken.

Voor de identificatie en bestudering van polymeren is infraroodspectrometrie (FT IR: Fourier transformatie IR-spectrofotometer) een zeer geschikte methode. Identificatie van verbindingen met behulp van infraroodspectrometrie is gebaseerd op de absorptie van straling uit het infrarode gebied als gevolg van moleculaire vibratie van de functionele atoomgroepen die de polymeerketen bevat. Vibraties die gepaard gaan met een grote dipoolmomentsverandering, veroorzaken sterke infrarood absorpties en kunnen dus goed bestudeerd worden. Aangezien de meeste vibraties bij karakteristieke golfgetallen absorberen, kunnen we hiermee vaststellen welke atoomgroepen in een molecuul voorkomen en aldus de structuur enigszins ophelderen.

Ramanspectra ontstaan als intensief zichtbaar licht (meestal laserlicht) verstrooid wordt door moleculen. Naast de intensieve Rayleigh-verstrooiing (met dezelfde frequentie) ontstaat er een weinig-intensieve verstrooiing, die afhankelijk is van de vibratiefrequenties van de moleculen.Met deze techniek kunnen we IR-waarnemingen aanvullen.

Met kernspinresonantie (NMR) kunnen we vele kernen met een magnetisch moment waarnemen. Eveneens kunnen we de omgeving van deze kernen bestuderen en kunnen we soms zelfs het relatieve kernen bepalen. Deze techniek is door de vele moderne ontwikkelingen de belangrijkste (en ook de duurste) structuurophelderingstechniek geworden.

UV/VIS- en fluorescentiespectrometrieVan een oplosbare polymere kunststof kan met transmissie ultraviolet/zichtbaar licht spectrometrie, zowel kwalitatief als kwantitatief informatie worden verkregen.Fluorescentiespectrometrie wordt vooral toegepast bij onderzoek naar de mengbaarheid van polymeren. Hiervoor wordt aan één van beide polymeren een fluorescentiedonor toegevoegd en aan het andere polymeer een fluorescentie-acceptor.

Massaspectrometrie (MS) is een techniek die goed inzetbaar is als het te onderzoeken materiaal enigszins te vervluchtigen is. De zeer hoge gevoeligheid maakt deze methode zeer waardevol. Het is dampvorm brengen en ioniseren is echter voor de meeste polymeren niet goed mogelijk zonder het materiaal af te breken.

RöntgendiffractieAls röntgenstraling op een polymeermonster gefocusseerd wordt, treedt er verstrooiing van de straling op. Als deze verstrooiing niet gepaard gaat met een golflengte- en een faseverandering, dan spreekt men van röntgendiffractie. Dit treedt op bij kristallijne monsters.

MicroscopieMet zichtbaar-licht microscopie en fluorescentiemicroscopie kan men het uiterlijk van een kunststof of van een materiaal behandeld met een dun laagje kunststof bestuderen. Aan de hand van het breukuiterlijk kan men nagaan hoe een bepaalde belasting op het materiaal heeft gewerkt en op welke wijze het materiaal zich daaronder gedragen heeft.Met confocale microscopie (met behulp van een Nipkov-schijf tussen lichtbron en objectief) kan met hoogteniveaus (diepte) van een preparaat bepalen en zodoende driedimensionale afbeeldingen verkrijgen.

Helaas is het oplossend vermogen van de lichtmicroscoop vaak te gering, zodat men vaak gebruik maakt van een electronenmicroscoop (SEM: Scannende electronenmicroscopie). Het monster wordt hierbij bestraald in vacuüm met een fijn gefocusseerde elektronenbundel (de zogenaamde primaire elektronen). De teruggekaatste elektronen zijn bundelelektronen die een hoge energie bezitten. De intensiteit van de terugkaatsing is afhankelijk van de plaatselijke elektronendichtheid in het object en


dus afhankelijk van het chemisch element. Vooral de zwaardere elementen (vanaf aluminium) geven goed meetbare signalen en we kunnen hiermee een semi-kwantitatief beeld verkrijgen van de aanwezige elementen. Met SEM kan men inzicht verkrijgen in de morfologie van het oppervlak. Men verkrijgt dan een driedimensionale foto met hoge resolutie.Bij transmissie elektronenmicroscopie (TEM) wordt het monster doorstraald. De gevoeligheid en de resolutie zijn zeer hoog. Met de TEM-techniek kan men bijvoorbeeld de morfologie van kunststoffen en de laagdikte van verven goed onderzoeken.

De waarneming bij Scanning Tunneling Microscopy (STM) is gebaseerd op het kwantummechanisch tunneleffect. Een naald, waarvan de effectieve tip bestaat uit één atoom, maakt een scannende beweging over het te onderzoeken preparaat. De naald wordt aangestuurd door een piëzo-electrische buis, waardoor de naald een driedimensionale beweging kan maken. Indien de afstand tussen de naald en het preparaatoppervlak kleiner wordt dan 1 nm, zal er een meetbare tunnelstroom gaan lopen. De meeste commercieel verkrijgbare apparaten werken alleen op geleidende oppervlakken. Vrij recent is nu ook een uitbreiding op deze apparatuur verkrijgbaar, de Atomic Force Microscope (AFM), waarmee nu ook isolatoren bekeken kunnen worden. De resolutie is op atomair niveau! Voordeel van de hoge resolutie is de mogelijkheid voor een gedetailleerde beschouwing, nadeel is uiteraard dat slechts een heel klein deel van het oppervlak wordt bekeken. Dit betekent dat het veel tijd kost om een groter oppervlak te onderzoeken.

Deel III – Opdrachten

4.6 Opdrachten

4.6.1 Opdrachten1 Waarom zijn de koolwaterstoffen, verkregen uit een kraakproces, bij uitstek geschikt voor het

maken van synthetische polymeren?2 Hoe kunnen polymeren gevormd worden vanuit verzadigde monomeren?3 Op welke twee manieren kan een driedimensionaal netwerk gevormd worden?4 Wat is het verschil tussen thermoplasten enerzijds en thermoharders anderzijds?5 Wat is het verschil tussen thermoharders en technische rubbers?6 Wat is het verschil tussen thermoplastische rubbers en gewone rubbers?7 Wat is het verschil tussen thermoplastische rubbers en thermoplasten?8 Noem de drie hoofdtypen van PE. Waarin verschillen deze?9 Noem een aantal polymeren (zowel thermoplasten, thermoharders als rubbers), waarin styreen

een rol speelt.10 Wanneer en voor welk doel worden de volgende stoffen aan een polymeer toegevoegd?

a. fijn roet b. krijt c. glasvezelsd. weekmaker e. mica f. versnellersg. glijmiddelen h. zwavel i. pentaanj. houtmeel k. antioxidanten l. siliciumcarbidem. UV-stabilisatoren n. antistatische hulpstoffen o. rubberdeeltjes

4.6.2 Opdrachten1 Geef de structuurformules van de volgende polymeren: polyetheen, polystyreen,

polyvinylchloride, polycarbonaat, polyettheretherketon, polyurethaan, polymethylmethacrylaat, polytetrafluoretheen, polyamide.

2 In welke opzichten kunnen de ketens van polymeren verschillen?3 In welke opzichten kan een polymeerketen onregelmatig zijn opgebouwd?

4.6.3 Opdrachten1 Geef overeenkomsten en verschillen tussen een “gewoon” anorganisch glas en een polymeer

glas zoals polystyreen.


2 Noem drie essentiële verschillen tussen een glas-rubber overgang en een smeltpunt, namelijk wat betreft de temperatuurafhankelijkheid van volume V, enthalpie H en entropie S rondom deze overgangstemperaturen.

3 Waarom kunnen, even boven Tg , nog geen hele ketens ten opzichte van elkaar bewegen? Wanneer is dit wel het geval?

4 Noem enkele voorbeelden waarbij afstandsvergroting tussen de ketens leidt tot een lagere Tg.5 Kijkend naar de reeks: PE Tg = -120 °C

PP Tg = -15 °CPVC Tg = 90 °C,

Zien we de glas-rubber overgangstemperaturen drastisch oplopen. Verklaar de verschillen.6 Waarom wordt de ligging van Tg beïnvloed door vernetting?7 Waarom is de Tg van een polyamide variabel?

4.6.4 Opdrachten1 Noem een reden dat sommige polymeren met regelmatige ketens, zoals PC, PPE, PIB, cis-

polyisopreen, cispolybutadieen, niet kristalliseren.2 Waarom zou kristallisatie voor deze polymeren ongewenst zijn?3 Men streeft bij het maken van IR en BR naar het hoogst mogelijke cis-gehalte, dus naar een

maximale ketenregelmaat, hoewel (vraag 2) kristallisatie ongewenst is! Waarom?4 Schat het smeltpunt van PVC (uiteraard met een regelmatige keten), als het glaspunt 85 °C

bedraagt. Zou een sterospecifiek PVC een bruikbare thermoplast kunnen zijn?5 Waarom kunnen polymeren over het algemeen niet volledig kristallijn zijn? Noem een

(technisch) voorbeeld waarbij, bij uitzondering, vrijwel volledige kristallisatie bereikt wordt. Hoe wordt dit gerealiseerd?

6 Waarom is een semi-kristallijn polymeer meestal niet transparant? Wanneer kan het wel transparant zijn?

7 In hoeverre zijn de drie “karakteristieke” temperaturen van een polymeer, Tg , Tm en Tv te beschouwen als materiaalconstanten? Indien dit niet het geval is, door welke oorzaken kunnen ze dan veranderen?

4.6.5 Opdrachten

1 Waarom is de vloeitemperatuur niet een “echte”, voor een bepaald polymeer karakteristieke, overgang van de rubbertoestand naar de vloeibare toestand?

2 Noem vier effecten van het elastisch gedrag van vloeibare polymeren op het verwerkingsgedrag c.q. de eigenschappen van het eindproduct.

4.6.6 Opdrachten1 In hoeverre kan een Maxwell-element (veer en demper in serie) model staan voor het

werkelijke gedrag van een polymeer?2 In hoeverre kan een Kelvin Voigt-element (veer en demper parallel) model staan voor het

werkelijke gedrag van een polymeer?

4.6.7 Opdrachten1 Een kunststofstaafje, 1 cm breed, 1mm dik en 10 cm lang, wordt 2 mm uitgerekt. De

benodigde kracht is 600 N. Hoe groot is de elasticiteitsmodulus E?2 Waarom verschillen semi-kristallijne polymeren zozeer in stijfheid? Voorbeeld: PEEK:E= 4

GPa; PP: E=1.3 GPa, LDPE zelfs tot 0.15 GPa.3 Op welke twee manieren kan de stijfheid van een polymeer vergroot worden?4 Waarom zijn vezels stijver dan de polymeren waar ze uit vervaardigd zijn? Hoeveel kan de

stijfheidsvergroting zijn? Noem ook een paar extreme voorbeelden.5 Waarom wordt een standaardbepaling van de slagsterkte meestal uitgevoerd aan gekerfde

proefstukken?6 Waarom kan de slagsterkte van een polymeer niet als “materiaalconstante” beschouwd

worden?


4.6.8 Opdrachten1 Welke nadelen heeft de relatief hoge uitzettingscoëfficiënt van polymeren?2 Noem voor- en nadelen van de lage warmtegeleiding van polymeren.3 Wat verstaat men onder “spaningscorrosie”? Waarom is deze benaming over het algemeen

onjuist? Wanneer is de benaming correct? Noem enkel voorbeelden.4 Waarom zou men de voortreffelijk hoge elektrische weerstand van een polymeer willen

verlagen? Op welke manieren kan men dit doen?5 Waarom zijn polymeren niet of minder geschikt voor fijnoptiek? Polymeren worden

veelvuldig gebruikt voor brilleglazen. Wat zijn hierbij de voor- en nadelen?6 Waarom zou men voor compact discs een zo laag mogelijke molmassa van PC kiezen?

4.6.9 Opdrachten1 Waarom is de uitdrukking “versterkende vulstoffen” over het algemeen minder juist? Hoe zou

men ze wel moeten noemen?2 Toevoeging van glasvezeltjes aan een polymeer verhoogt de slagsterkte van sommige

polymeren (namelijk de brosse), doch verlaagt die van andere (de taaie) (zie PKK fig 9.1.7). Hoe kunnen deze tegenstrijdige waarnemingen verklaard worden?

3 Aan een semi-kristallijne thermoplast worden korte glasvezeltjes en in een ander geval rubberdeeltjes toegevoegd. Hoe en waarom verandert in beide gevallen elk van de volgende eigenschappen?

A glas-rubber overgangstemperatuurB Vicat verwekingstemperatuurC SmeltpuntD ISO-HDTE elasticiteitsmodulusF treksterkteG WarmtegeleidingH Slagsterkte



W2


Hoofdstuk 5 – Ontwerp Product


Deel I - Algemeen

5.1 Inleiding


Dit hoofdstuk levert een bijdrage aan een analyserende en systematische aanpak bij de oplossing van problemen bij het ontwerpen van het productiegereedschap. Als ontwerpmethodiek wordt het bekende driefasenmodel volgens [Kroonenberg] gebruikt. Bij een methodische aanpak is het mogelijk de vereiste deskundigheid op het goede moment bij het ontwerpproces te betrekken. Het tekenen blijft belangrijk, ondanks het feit dat de routinematige handelingen bij het tekenen steeds meer door de computer overgenomen en daarmee HTS-ingenieurs, zeker in de toekomst, nog meer bij het ontwerpproces betrokken worden. Het blijft een belangrijke opgave om de noodzakelijke technische gegevens op een ordelijke manier te verstrekken, en zich daarbij aan bepaalde tekening-voorschriften te houden.

5.2 Doelstellingen

Als de student alle genoemde taken naar behoren heeft uitgevoerd bezit hij of zij de volgende kennis en vaardigheden.

Het kunnen opstellen van programma van eisen en functieblokschema; Maken van keuzes uit alternatieven. In geval van het productiegereedschap het soort

gereedschap en de groep waaronder het ressorteert volgens technologische functie (morfologische kaart en keuzetabel volgens Kesselringmethode);

Ontwerpen/construeren/specificeren; Het kunnen maken van een samenstellingstekening en diverse mono/werktekeningen.

5.3 Oriëntatie

5.3.1 Beginvereisten

W2 case Instrumentbehuizing

5.3.2 Leermiddelen

Beer, de J.C.F.: Methodisch ontwerpen, Academic Service, Ulvenhout, 1997 Hst. 8. Uitgewerkt voorbeeld van methodisch ontwerpen blz. 167 t/m 220 (zie 6.7 Bijlage 1 voor Vooronderzoek en Probleemdefiniërende fase, zie Mediatheek voor de rest, indien nodig zelf kopiëren)

Kroonenberg, H.H. van den, e.a.: Methodisch ontwerpen, Educaboek, Culemborg, 1992 (Mediatheek)


Bruijn, J.C.M. de en Anemaat, A.: Konstruktieleer 4. Deel B. Collegedictaat IDE 440. Technische Universiteit Delft, Subfaculteit Industrieel Ontwerpen. Hst. 1 Matrijskonstrukties. Blz 28 t/m 34, 44 t/m 57

Poiesz, M.J.: Construeren in kunststoffen. Moduledictaat CK4 Deel I-C Stenden hogeschool. 1991. Hst. XI-2 Algemene konstruktieregels voor spuitgietprodukten blz XI-2-1 t/m XI-2-14

Olsder, G.: Achtergronden en sheets bij college CK4. Stenden hogeschool. Versie 2. 2001. blz 9 t/m 57

5.3.2 StudielastVoor het uitvoeren van alle taken van dit hoofdstuk is ca 8 SBU nodig.


Act.Nr


Initiatief

1 Taak Bestuderen: 5.1 InleidingBestuderen: 5.5.1 + doornemen documentatie

2 I

2 Taak Bestuderen 5.5.2 + doornemen documentatieOpdrachten maken: 5.6 Deel III

6 I


5.5 Leerstof

5.5.1 Methodisch ontwerpen spuitgietproduct en vervolgens productiegereedschap spuitgietmatrijs

Het methodisch ontwerpen van het product en productiegereedschap omvat globaal de volgende stadia:1. opstellen van pogramma van eisen en functieblokschema2. maken van keuze uit alternatieven. In geval van het productiegereedschap het soort gereedschap

en de groep waaronder het ressorteert volgens technologische functie (morfologische kaart en keuzetabel volgens Kesselringmethode)

3. berekeningen 4. ontwerpen/construeren/specificeren, uitgewerkt in alle deelnemende onderdelen (stuklijst);5. maken van samenstellingstekening en diverse mono/werktekeningen.

Bij het ontwerpen van het product is in principe al bekend waarmee het product vervaardigd gaat worden. Daarvoor ontwerpen we immers het productiegereedschap de matrijs, het onderwerp van deze case. Tijdens het ontwerpen van het gereedschap dienen we wel vooraf te beslissen, hoe de vervaardiging van het product zal verlopen (m.a.w. hoe de bewerkingen gepland worden), hoe we ons de werkvoorbereiding denken, of genormaliseerde onderdelen voor het gereedschap beschikbaar zijn en of we complete universele gereedschappen kunnen toepassen.Is het mogelijk universele gereedschappen of genormaliseerde onderdelen toe te passen, dan worden de constructie van het gereedschap en de vervaardiging ervan zeker vereenvoudigd en versneld.De werkvoorbereiding vereist, dat het gereedschap tot in detail op tekening wordt vastgelegd, voorzien van alle noodzakelijke maataanduidingen, toleranties en bewerkingstekens. Het positieve gevolg


daarvan is een rationele opbouw van het gereedschap, een rationele vervaardiging van onderdelen in de werkplaats c.q. buiten de HD alsmede een snelle montage van het geheelEen uitgewerkt voorbeeld van methodisch ontwerpen uit [Beer] kan als leidraad dienen voor het ontwerpproces van het productiegereedschap uit deze case. De ontwerpmethodiek is overigens gebaseerd op het driefasenmodel volgens prof.dr.ir.H.H. Kroonenberg.

Documentatie:

Beer, de J.C.F.: Methodisch ontwerpen, Academic Service, Ulvenhout, 1997 Hst. 8. Uitgewerkt voorbeeld van methodisch ontwerpen blz. 167 t/m 220 (zie 6.7 Bijlage 1 voor Vooronderzoek en Probleemdefiniërende fase, zie Mediatheek voor de rest, indien nodig zelf kopiëren)

Kroonenberg, H.H. van den, e.a.: Methodisch ontwerpen, Educaboek, Culemborg, 1992 (Mediatheek)

5.5.2. Algemene constructieregels voor spuitgietproducten en vervolgens matrijzen

Aan de productvorm worden niet alleen technische maar ook esthetische eisen gesteld. Als de productontwerper over voldoende kennis beschikt, kunnen veel uitvoeringsproblemen worden voorkomen. Productvormingsproblemen en eventuele oplossingen zijn opgenomen in [dictaat CK2]. Een samenvatting wordt gegeven in [Olsder blz 10] De productontwerper zal bij het ontwikkelen van producten die gespuitgiet moeten worden een aantal “gouden” regels in acht moeten nemen. [Poiesz blz XI-2-1]

In de documentatie bij dit hoofdstuk worden de volgende delen behandeld:1. Matrijsdeelvlakken, -deellijnen en -delingen [Bruijn blz 28 t/m 34][Poiesz blz XI-2-8][Olsder blz

29 t/m 33)2. Het lossen/ uitstoten van het product [Bruijn blz 44 t/m 47] [Poiesz blz XI-2-2 t/m XI-2-3][Olsder

blz 11 t/m 16]3. De product-krimp en de matrijs-krimp [Poiesz blz XI-2-3 t/m XI-2-4][Olsder blz 17 t/m 20]4. Gelijkmatige wanddikte, geleidelijke overgangen en afrondingen.[Poiesz blz XI-2-11 t/m XI-2-14]

[Olsder blz 21 t/m 26]5. Product- en matrijstoleranties [Bruijn blz 134 t/m 151][Poiesz blz XI-2-5 t/m XI-2-7]6. Ondersnijdingen ofwel antilossingen [Bruijn blz 47 t/m 57][Poiesz blz XI-2-8 t/m XI-2-10][Olsder

blz 37 t/m 53]7. Verstijvingsribben en vlaktekromming [Olsder blz 54 t/m 57]


5.6 Opdrachten

1) Noem de belangrijkste algemene constructieregels voor het ontwerpen van spuitgietproducten en licht die toe.

2) Als een product zich vastklemt op matrijsdelen kan dat gevolgen hebben. Door materiaalkrimp klemt een product zich vast op bepaalde matrijsdelen.a) Welke factoren bepalen de klemkracht van een product op een kern?b) Welke constructieve maatregelen zijn mogelijk om deze klemkracht te verminderen?c) Welke procesgrootheden hebben grote invloed op de klemkracht/ lossing?

3) Een product, dat niet zonder maatregelen uit de matrijs gelost kan worden, vereist constructieve oplossingen in de matrijs.a) Welke oplossingsmethoden zijn er en geef een principe schets.


b) Wat zijn de nadelen van deze oplossingen?4) Gelijkmatige wanddikte is belangrijk bij het ontwerpen van spuitgietproducten.

a) Om welke redenen is dat?b) Welke constructieve maatregelen moet men treffen in het product en in de matrijs, als er toch

wanddikte verschillen in het product voorkomen.5) De producten matrijstoleranties zijn vastgelegd in ISO en DIN-normen. Voor Nederland zijn

hiervan de richtlijnen voor "nauwkeurigheidsklassen" afgeleid.a) Welke klassen zijn er en wat zijn de nauwkeurigheidskenmerken.b) Geef in een globaal schema aan hoe de verwerkingstoleranties en de nauwkeurigheidsklassen

samenhangen en hoe wordt de materiaalinvloed bepaald.c) Welke materiaalkarakteristiek van kunststof heeft invloed op de nauwkeurigheid en waarom?d) Wat zijn de problemen voor het bematen en tolereren van spuitgietproducten?

6) Hoe worden ondersnijdingen in het product door constructieve maatregelen in de matrijs opgelost? Geef 3 voorbeelden met een schets.

7) Een schroefdop van een PET fles is een niet-lossend product.a) Schets/ beschrijf hiervoor een matrijstechnische oplossing.b) Welke problemen kan men verwachten tijdens de levensduur van een dergelijke matrijs?

8) Zal een glasvezelgevuld materiaal eerder lossingsproblemen geven dan een niet glasvezel gevuld? Geef een verklaring.



W2


Hoofdstuk 6 – Ontwerp en Constructie Matrijs


Deel I - Algemeen

6.1 Inleiding


Hoewel productgebonden productiegereedschap in de kunststofverwerkingstechniek volgens verschillende kenmerken kan worden ingedeeld, bestaan er eigenlijk geen tweederangs elementen. Volgens de regel dat een ketting zo sterk is als zijn zwakste schakel, is ieder werktuig zo goed als zijn kleinste detail. Daarom moet men aan ieder onderdeel van het totale werktuig zorgvuldig aandacht schenken, ieder onderdeel moet doelmatig en correct ontworpen, vervaardigd en later gemonteerd worden, anders zijn talrijke problemen met de daaruit voortvloeiende tijdverliezen en kosten het gevolg. Hier zal misschien informatie ten onrechte als kleinigheid beschouwd worden die toch voor een verdergaande constructie van het gereedschap van belang kan zijn.

6.2 DoelstellingenAls de student alle genoemde taken naar behoren heeft uitgevoerd bezit hij of zij de volgende kennis en vaardigheden

Matrijs kunnen ontwerpen Matrijs kunnen construeren Berekeningen m.b.t. de koeling in matrijzen kunnen maken

6.3 Oriëntatie

6.3.1 Beginvereisten Mathcad Materiaalkunde case W1 Robotgripper

6.3.2 Leermiddelen

Bruijn, J.C.M. de & Anemaat, A.: Konstruktieleer 4. Deel B. Collegedictaat IDE 440. Technische Universiteit Delft, Subfaculteit Industrieel Ontwerpen. Hst. 1 Matrijskonstrukties. Blz 1 t/m 6

Poiesz, M.J.: Construeren in kunststoffen. Moduledictaat CK4 Deel I-C Stenden hogeschool. 1991. Hst. XI-1 Algemene opbouw van een spuitgietmatrijs blz XI-1-3 t/m XI-1-8 en Hst. XI-3 Standaard matrijsdelen en normaliën blz XI-3-1 t/m blz XI-3-9 (zie ordner Mediatheek)

Olsder, G.: Achtergronden en sheets bij college CK4. Stenden hogeschool. Versie 2. 2001. blz 68 t/m 110

6.3.3 StudielastVoor het uitvoeren van alle taken van dit hoofdstuk is ca 14 SBU nodig.



Act.Nr


Initiatief

1 Taak Bestuderen: 6.1 InleidingBestuderen: 6.5.1 + doornemen documentatieOpdrachten maken 6.6.1

4 I

2 Taak Bestuderen 6.5.2 + doornemen documentatieOpdrachten maken 6.6.2

4 I

3 Taak Bestuderen 6.5.3 + doornemen documentatieOpdrachten maken: 6.6.3

6 I


6.5 Leerstof

6.5.1 Algemene opbouw van een spuitgietmatrijs en gestandaardiseerde onderdelen

Een spuitgietmatrijs is een stuk hoogwaardig gereedschap, waarmee duizenden tot miljoenen producten gemaakt worden. De vorm van een product bepaalt o.a.: a) de deling van de matrijs (voor- en achtermatrijs) b) de plaats van de aanspuiting en op welke manieren dit moet geschieden c) op welke manier het product gelost (uitgeworpen) moet worden d) het aantal producten die in een matrijs gemaakt kunnen worden.Bij de matrijzenopbouw moeten de matrijs en de spuitgietmachine op elkaar afgestemd zijn. Een procescyclus (inspuitcyclus), waarin het product wordt gemaakt, bestaat uit zo’n 7 stappen. De hoge druk tijdens het proces geeft de noodzaak aan van een grote sluitingskracht van de twee matrijsdelen tegen elkaar. De noodzakelijke sluitingskracht wordt bepaald door de grootte van het geprojecteerde product(en) oppervlak en matrijsdruk.Aan de matrijs worden geometrische eisen gesteld ten aanzien van o.a.: a) de maximale en minimale inbouwhoogte b) de maximale en minimale openingsweg c) de breedte en hoogte tussen de geleidingszuilen van de spuitgietmachine d) de opspanmogelijkheden van de matrijs e) de diameter van de centreerring, de invoegdiepte en de radius van de spuitneus f) de diameter van de spuitneusopening.Met deze gegevens moet reeds rekening gehouden worden bij het construeren van de matrijs. De opbouw van een matrijs is het beste te verklaren aan de hand van een figuur zoals opgenomen in de documentatie.De matrijs bestaat uit twee delen: de voormatrijs (spuitzijde) en de achtermatrijs (sluiten uitwerpzijde). Deze delen samen omsluiten één of meer productholten. De productholte wordt gevuld via aanspuitkanalen en aanspuiting. De aanspuitkegel en dikwijls ook een deel van de vormholte en aanspuitkanalen zijn in het vaste matrijsdeel, de spuitzijde, uitgespaard. De overige delen bevinden zich in het bewegende matrijsdeel, de sluit- of uitwerpzijde. Beide matrijsdelen zijn voorzien van koelkanalen. Door deze koelkanalen stroomt koelvloeistof, dat voor warmteafvoer zorgt.De vaste opbouw van de matrijs heeft ertoe geleid dat er standaard behuizingen in de handel zijn, waarin een samengestelde productholte ingebouwd kan worden.De opbouw van de productholte is in verschillende opzichten moeilijk. Exacte richtlijnen zijn er niet, omdat producten sterk verschillen in specifieke eisen en vormgeving. Het aantal producten dat in een spuitcyclus gemaakt kan worden hangt af van het maximum shotgewicht van de spuitgietmachine en van het gewicht van het product met aanspuiting en aanspuitkanalen. De indeling of groepering van de


productholten dient zodanig te zijn, dat met de aanspuiting een symmetrische drukopbouw en een gelijktijdige vulling van de matrijs plaatsvindt.

6.5.2. Aanspuiting in de matrijs

De vloeigang in de productholte tijdens het inspuiten van het plastische materiaal is bepalend voor het uiterlijk en de sterkte van het product.De manier van aanspuiten, de koeling en de ontluchting van de productholte zijn belangrijk voor de vorming van de vloeinaad en de stollingsstructuur van het product.De methode en plaats van aanspuiting worden in hoofdzaak bepaald door: a) het wel of niet zichtbaar mogen zijn van de aanspuiting op het product b) het wel of niet moeten blijven vastzitten van de aanspuiting aan het product (voorbeeld: bouwpakket modelbouw) c) het eventueel lossen van de aanspuiting tijdens het uitwerpen d) een symmetrische ligging van de aanspuiting voorkomt kromtrekken en inwendige spanningen van het product. Een samenvatting van de diverse normale aanspuitingen met de daarbij behorende vloeirichtingen zijn weergegeven in [Olsder blz 88].

Bij normale aanspuitkanalen ontstaat altijd afval in de vorm van een aanspuitboom. Deze aanspuitboom geeft extra fabricagekosten. Door toepassing van de verwarmde aanspuitkanalen (hot runner) en geïsoleerde aanspuitkanalen (insulated runner) wordt de aanspuitboom vermeden.Het materiaal wordt nu voor een deel in de matrijs plastisch gehouden door verwarming of door isolatie van de runner.

6.5.3. De koeling van matrijzen

Bij het opstarten van het spuitgietproces is de matrijstemperatuur te laag. Na enkele spuitcyclussen doorlopen te hebben, ontstaat een veel te hoge matrijstemperatuur. Door een thermisch geregeld kanalencircuit in de matrijs aan te brengen is de temperatuur van de matrijs te beheersen. De temperatuurregeling is een belangrijke factor bij de opzet van een matrijs. De temperatuur van de matrijs bepaalt de stollingstijd van het product en daarmee de cyclustijd van het spuitgieten. Het kanalencircuit moet zo dicht mogelijk bij de productholten worden aangebracht. Vooral aan de dunwandige kerndelen in de productholte (bijvoorbeeld pennen) moet extra aandacht besteed worden. Slechte warmtegeleidende delen van de productholten werken storend op de cyclustijd. Bovendien komt dit de kwaliteit van het product en de structuur van het materiaal niet ten goede.


6.6 Opdrachten

Opdrachten 6.6.11) Vergelijk de verschillende figuren van een zogenaamde standaard matrijs (eenvoudige

spuitgietmatrijs).a) Benoem de belangrijkste standaard onderdelen. b) Wat zijn de functies van deze onderdelen?c) Welke firma’s hebben zich gespecialiseerd in dit soort matrijzen?d) Wat zijn de voor- en nadelen van een dergelijk standaard matrijssysteem?

2) Welke factoren zijn van invloed op de constructie van een matrijs?3) Bereken de matrijssluitkracht voor een koffiebekertje en een vereiste maximale matrijsdruk van

500 bar.Bereken het aantal producten als het shotgewicht 330 gram, het productgewicht 40 gram en het gewicht van de aanspuitkanalen per product 10 gram bedragen.


Opdrachten 6.6.21) De mechanische eigenschappen van een product kunnen verschillen, afhankelijk van de plaats

t.o.v. het aanspuitpunt. Verklaar deze verschillen.2) Het injecteren van de smelt in een matrijs kost nogal wat energie. Waarom past men dan geen

grotere aanspuitopening toe?3) Wat is ”jetting” en hoe kan dit voorkomen worden?4) Wat is een ”collapsible core” en waar dient die voor?5) Welke aanspuitsystemen zijn er en welke invloed hebben die op de matrijsconstructie?6) Bij matrijzen wordt soms een hotrunneraanspuiting gebruikt.

a) Hoe is het principe? Geef een beschrijving en maak een schets.b) Wat zijn de voor- en nadelen van een hotrunnersysteem?c) Welke hotrunnertypes zijn er? Beschrijf ze.d) Welke invloed heeft het gebruik van een hotrunneraanspuiting op de cyclustijd?e) Wat zijn de constructietechnisch kritische aspecten van een hotrunner?

Opdrachten 6.6.3:1) Het spuitgietproces is opgebouwd uit 4 perioden:

a) Welke 4 perioden zijn dat? Geef een schets.b) Geef met behulp van een grafiek weer hoe het drukverloop is in de matrijs gedurende de

cyclustijd? (Geef de ordegrootte aan van de maximumdruk.)c) Door welke aspecten wordt de injectiesnelheid bepaald?d) Waarom (waarvoor) wordt de nadruk gebruikt? Op welke producteigenschappen heeft nadruk

invloed?e) Door welke grootheden wordt de koeltijd bepaald? Op welke manieren heeft men hierop

invloed?f) Door welke acties wordt de machinetijd bepaald?

2) De energieafvoer in een matrijs vindt op 4 manieren plaats.a) Welke manieren zijn dat en geef de formules.b) Welke energieafvoer is het grootst en hoe is die te beïnvloeden.c) Wat gebeurt er als de kanalen vervuilen met de energieafvoer.

3) Bereken voor de volgende producten als beide producten in dezelfde matrijs gespoten worden, waarbij de productwanddikte echter aangepast wordt.

1 PVC-produkt

Schotgewicht = ? gramWanddikte = 5,0 mmTinj =220 °CTuitw = 35 °CTkoelw = 18 °C

2 PP-produkt

Schotgewicht = 450 gramWanddikte = 10 mmTinj =260 °CTuitw = 35 °CTkoelw = 18 °C

Bepaal:a) Het schotgewicht van product 1 (benaderen)


b) de cyclustijd van beide producten als de machinetijd = 1.25 x injectietijd.c) de minimale hoeveelheid koelwater in liters/uur voor product 1 en 2 als: ΔTkoelw ≤ 0.5 °C en

cwater = 4.2 kJ/kgKd) Wat gebeurt er met de cyclustijd als de koelwatertemperatuur verlaagd wordt door middel van

een koelaggregaat naar: Tkoelw = 10 °C. Bereken dit effect.e) Wat wordt in geval d. de koelwateruitlaattemperatuur als de hoeveelheden van c. gehandhaafd

blijven.f) Wat gebeurt er als de injectietemperatuur 20 0C verlaagd wordt, voor beide producten.

4) Welke factoren zijn bij het ontwerp van de matrijskoeling van belang?5) Voor de koeling van een matrijs zijn intensiteit en inhomogeniteit bepalende aspecten.

a) Wat wordt hiermee bedoeld?b) Bepaal de inhomogeniteitsfactor æ voor een roestvaststalen matrijs met koelkanalen met een

diameter van Ø = 8,0 mm en een watermassastroom 1,5 kg/min. De koelkanaalafstand tot de matrijswand is a = 9 mm en de onderlinge koelkanaalafstand is b = 24 mm. (λrvs = 30,0 W/mK)

c) Welke maatregelen moet er genomen worden ter verbetering van de inhomogeniteits factor tot æ = 0,10



W2


Hoofdstuk 7 – Moldflow


Deel I - Algemeen

7.1 Inleiding


Nadat er een ontwerp is gemaakt voor een spuitgietproduct is het belangrijk om in een zo vroeg mogelijk stadium te bekijken of het “spuitgietbaar” is.Of: zal het product met een “normale” matrijs, op een “normale” spuitgietmachine, in een “normale” grondstof kunnen worden geproduceerd met “normale” kwaliteitseisen onder “normale” procescondities.De kreet “normaal” geeft natuurlijk direct reden tot discussie: wat bedoelt men hier dan mee? Het geeft in feite aan dat er een flinke dosis ervaring van het spuitgietproces bij de ontwerper/constructeur aanwezig moet zijn om deze voornoemde spuigietbaarheid goed te kunnen beoordelen. Een belangrijk gereedschap hierbij is het simuleren van het spuitgietproces op een computer. Hoewel er verschillende spuitgietsimulatie programma’s op de markt aanwezig zijn is een van de bekendste programma’s Moldflow. In dit hoofdstuk zal dieper worden ingegaan op het doel en het gebruik van spuitgietsimulatie programma’s.

7.2 DoelstellingenAls de student alle genoemde taken naar behoren heeft uitgevoerd bezit hij of zij de volgende kennis en vaardigheden:

Met behulp van het pakket Moldflow, zelfstandig een spuitgietsimulatie uit kunnen voeren;

Inzicht in het complexe thermische en reologische gedrag van een kunststofsmelt; Het realiseren van een optimale productkwaliteit tegen de laagste productkosten en

minimale investeringen.

7.3 Oriëntatie

7.3.1 Beginvereisten Basiscursus Unigraphics; 3D-model WIRI-kap in Unigraphics.

7.3.2 Leermiddelen Moldflow-handleiding (in overleg met docent); Instappakket Part Adviser van Moldflow (MPA): Help → Help Topics.



7.4 De programmeringNr. Taak SBU Soort Beoordeling Initiatief1. Introductie Moldflow 22. Bestuderen 7.5.1 + Opdracht 7.6.1 83. Bestuderen 7.5.2 + Opdrachten 7.6.2 en 7.6.3 124. Opdracht 7.6.4 105. Rapportage (opdracht 7.6.5) 8

Totaal 40


7.5 Leerstof

7.5.1 Part Adviser Moldflow (MPA)

1. Het model van de kap van de windrichtingsmeter dient volledig te worden opgezet in Unigraphics en alle details dienen zo "natuurgetrouw" mogelijk te worden overgenomen.

2. Moldflow kan 3D geometrische informatie overnemen middels de STL-standaard(=standard triangulation language). In UG kiezen we hiervoor;

File → Export → Rapid-Prototyping

Zorg er in ieder geval voor dat de instellingen hetzelfde zijnals in het nevenstaande plaatje staat aangegeven.

Volg de aanwijzingen van het pakket en sla het STL-bestand op in de map E:\stud_moldflow of E:\stud_partadv, afhankelijk van het pakket dat vervolgens wordt gestart.

3. Het instappakket Part Adviser van Moldflow (MPA) bevat interessante en noodzakelijke Basiskennis, die toegankelijk is via de Help-functie.

Help → Help Topics

Werk achtereenvolgens de onderwerpen door die onder het hoofdstuk Design Solution Advice worden aangetroffen.

De verschillende onderwerpen behandelen veel voorkomende verschijnselen en problemen en hoe deze kunnen worden opgelost.


4. Voer in Part Adviser een oriënterende berekening uit aan de kap van de windrichtingsmeter. Gebruik de aanwijzingen die worden gegeven onder;

Help → Help Topics →Getting Started → Running an Adviser Analysis

5. Bekijk de berekeningsresultaten nadat de berekening is beëindigd en raadpleeg hiervoor:

Help → Help Topics →Getting Started → Results Advice

Wanneer het pakket wordt verlaten zullen de in de map E:\stud_partadv aanwezige files worden gecomprimeerd en verplaatst naar de Home-directory. Het is erg belangrijk dit proces niet af te breken!

Voor nauwkeuriger en gedetailleerder berekeningen gaan we Moldflow's hoofdprogramma Moldflow Plastics Insight (MPI) gebruiken.

7.5.2 Moldflow Plastics Insight (MPI)

Zorg er in ieder geval voor dat het STL-bestand van de kap van de windrichtingsmeter in de juiste directory staat (E:\stud_moldflow).

Via het menu-systeem starten we vervolgens MPI, waarna ons scherm er ongeveer uit zal zien zoals in de onderstaande afbeelding staat aangegeven.


We komen meteen in de juiste directory terecht, waar we een nieuw project gaan aanmaken. Dit project heeft MPI nodig om de omvangrijke hoeveelheid data, die tijdens de berekening wordt gegenereerd, op een handige manier op te slaan en te organiseren.

Om het nieuwe project te starten klikken achtereenvolgens;File → New → New Project

In de directorystructuur zien we vervolgens de onderstaande wijziging optreden, waaraan we kunnen zien dat het nieuwe project daadwerkelijk is geactiveerd.

We gaan nu zorgen dat het zojuist aangemaakte project ook daadwerkelijk actief wordt. We klikken op tabblad "Project".

In het menu selecteren we achtereenvolgens;

File → Open Project maak de directory E:\stud_moldflow actief en klik in het "Open Project" -venster op het bestand "moldflow.prj" en klik tenslotte op de knop "Open".


Het scherm zal er ongeveer uitzien zoals in de onderstaande afbeelding staat aangegeven.

We zien het STL-bestand dat we kort tevoren hebben aangemaakt in Unigraphics. Het bestand is niet

zondermeer bruikbaar voor Moldflow en moet eerst worden omgezet naar het Moldflow-formaat.

De translator kunnen we starten door op het STL-bestand te dubbelklikken.

We moeten de "Translator Wizard" opgeven wat de eenheid van het om te zetten STL-bestand zal worden, geef hier "Millimetres" op.

Klik vervolgens op "Next".

De onderstaande afbeelding vertelt de translator hoe "groot" (aantal elementen) ons model maximaal mag worden.


Klik ook op "Next", waarna we wederom een venster te zien krijgen waar we de Moldflow-mesh een betekenisvolle naam geven.

Door "Finish" te klikken wordt de conversie gestart.

In het "Project" - venster zien we een extra knooppunt verschijnen in de boomstructuur;

Het groene icoontje uit de bovenste afbeelding zal niet meteen groen van kleur zijn, de conversie is een rekenintensieve bewerking die enige tijd in beslag zal nemen. Tijdens de conversie zal het icoon grijs van kleur zijn.


Lopende berekeningen kunnen we bekijken onder het tabblad "Jobs", waar we tijdens de conversie de onderstaande informatie zien;

Een dubbelklik op het Moldflow-model van de kap van de windrichtingsmeter onder het tabblad "Project" is voldoende om het bestand, na de conversie, in de grafische editor te openen.

Het Moldflow-model van de windrichtingsmeterkap;

"So far … so good" , we kunnen gaan beginnen met opgeven van de randvoorwaarden (boundary conditions), de "condities" waarmee het rekenalgorithme van Moldflow rekening moet houden.

Het schema op de volgende bladzijde geeft in hoofdlijnen het verloop van een Moldflow-berekening weer. Aan de eerste voorwaarde " een gemeshed model" hebben we inmiddels voldaan.


Stap 2 bestaat uit het kiezen van het aanspuitpunt, de plaats waar het polymeer de matrijs binnenkomt. We moeten hiervoor in het "Project" - venster op de rechtermuisknop drukken en de optie "Assign boundary conditions" selecteren.

Rechts in het MPI-venster verschijnen de bovenstaande iconen. Met het icoon "Polymer Injection Location" geven we de plaats van het aanspuitpunt op.


Moldflowvraagstuk

Resultaten bekijken

Niet OKBijstellen condities

Gemeshed model

Aanspuit- punt

Materiaal-gegevens

Deelontwerp OK

Verderedetaillering

Berekening uitvoeren

We kiezen het aanspuitpunt zoals dat in de volgende afbeelding staat aangegeven.

In het "Project" - venster zien we op dit moment nog helemaal niets van de informatie, die we tot nu toe hebben ingevoerd.

Middels File → Save ofeen klik op het Floppy-icoonkrijgen we de nevenstaandeboomstructuur.


Volgens het schema op bladzijde 8 moeten we nog een materiaal selecteren, waarvan de kap gespuitgiet zal worden. In het "Project" - venster gaan we op staan en drukken de rechtermuisknop in. In het ondermenu dat verschijnt kiezen we voor "Insight Setup".

We krijgen nu een venster te zien aan de hand waarvan we de "material database" gaan benaderen.

Door op het "hopper"-symbool te klikken wordt de "material selector" gestart.


Zoek met behulp van de "material selector" het type polymeer waarmee ook de uiteindelijke vulstudies zullen worden gemaakt (s.v.p. overleggen met de docent).

De materiaalgegevens worden overgenomen wanneer we op de "OK" - knop klikken.

We komen nu terug in de "Analysis Preperation Wizard" en klikken op "Next"


Het navolgende scherm informeert naar het type berekening dat we uit willen voeren, we kiezen flow.

We gaan voorlopig alleen de inspuitfase door laten rekenen, want we willen zo snel mogelijk mooie plaatjes op het scherm zien. Naderhand kunnen we, als daar nog tijd voor is, verder in "de diepte" gaan kijken.

We kiezen voor "Filling only" !

Het nevenstaande venster is voor ons een "bewijs" dat we een materiaal hebben geselecteerd, want de adviestemperaturen voor de matrijstemperatuur en de massatemperatuur staan al netjes ingevuld.

Een klik op "Next" brengt ons bij het venster op de volgende bladzijde.


Voer de instellingen in zoals in nevenstaande afbeelding staat aangegeven.

Klik vervolgens op "Next".

We komen tenslotte terecht in het finale-scherm, waarna de berekening daadwerkelijk wordt gestart, nadat we op "finish" hebben gedrukt.

Controleer onder "Jobs" of de berekening inderdaad "loopt".

Het type flow-berekeningen dat Moldflow Plastics Insight uitvoert verschaft ons zeer gedetailleerde informatie over hetgeen er in de matrijs. De berekeningen aan de kap van de windrichtingsmeter duren ongeveer 3 uren.

Na beëindiging van de berekeningen wordt de boomstructuur in het "Project" - venster geactualiseerd. De boomstructuur zal er ongeveer uit zien zoals in de onderstaande afbeelding is weergegeven.


Alle gegevens zijn nu opgeslagen in de directory E:\stud_moldflow, voordat we de berekeningsresultaten gaan bekijken sluiten we alle nog geopende grafische vensters.We kunnen dit bereiken door in de betreffende vensters op het kruisje rechts bovenin de betreffende vensters te klikken, zie onderstaande afbeelding.

Dubbelklikken op een knooppunt van de boomstructuur in het "Project" - venster is voldoende om de gegevens op het scherm te zetten. Probeer dit zelf uit.

MPI heeft een aantal mogelijk om de wijze schermpresentatie te beïnvloeden met behulp een rijtje iconen midden op het scherm.

Met behulp van deze functies kan het model op verschillende manieren worden gemanipuleerd, waardoor een duidelijker inzicht kan worden verkregen in hetgeen er in de matrijs gebeurd.


Als we de hebben geladen, krijgen we links in het scherm de beschikbare rekenresultaten te zien, die we met een vinkje in het betreffende vakje in het grafische venster krijgen getoond.

Met behulp van de knoppenbalk kunnen we de wijze van presentatie nog verder beïnvloeden.

De rekenresultaten kunnen ook in ASCII-formaat worden bekeken hetgeen we kunnen bereiken door in het "Project" - venster de rechtermuisknop in te drukken op het knooppunt

, waarna we kiezen voor "View Job Summary".

Deel III Opdrachten

7.6 Opdrachten

Maak bij de beantwoording van de vragen gebruik van de uit de HELP-teksten opgedane kennis en omschrijf de verschijnselen met eigen woorden (GEEN KNIP - EN PLAKWERK).

Opdracht 7.6.1

Maak in overleg met de docenten van het kunststoffenlaboratorium een vulstudie met de matrijs van de kap van de windrichtingsmeter.

Opdracht 7.6.2

Vergelijk de rekenresultaten van Moldflow met de resultaten van de vulstudie en verklaar overeenkomsten en verschillen.

Sommige delen van de "buitenzijde" krijgen niet 100% de gewenste eindvorm ( kegel en cilindervlak worden niet mooi strak , zoals dat in spuitgietjargon heet). Geef hiervoor een verklaring.

Opdracht 7.6.3Analyseer, indien de tijd dit toelaat, hoe we naast de inspuitfase tevens de invloed van de nadrukfase kunnen analyseren.

Opdracht 7.6.4Voer in overleg met de docenten van het kunststoflaboratorium een verificatiestap uit van de Moldflow-resultaten met de praktijk.

Opdracht 7.6.5Lever de resultaten van je werk in verslagvorm in!



W2


Hoofdstuk 8 - De Aanpak van een Onderzoek


Deel I - Algemeen

8.1 Inleiding


Redenen waarom een onderzoek wordt gedaan zijn legio: verbazing of verwondering. Mensen willen weten hoe en waarom een bepaald

verschijnsel ontstaat en hoe bepaalde verschijnselen met elkaar samenhangen; studie. Mensen willen of moeten in het kader van hun opleiding een onderzoek doen; beroep. Dikwijls moeten mensen beroepshalve onderzoek doen. problemen. Veelal zijn bestaande problemen een aanleiding.

In paragraaf 8.5 vind je een stappenplan en informatie over hoe je onderzoek opzet en uitvoert.In paragraaf 8.6 staan de opdrachten omschreven. Dit onderdeel wordt afgesloten met het schrijven van een rapport over het onderzoek.

8.2 DoelstellingenAls de student alle genoemde taken naar behoren heeft uitgevoerd bezit hij of zij de volgende kennis en vaardigheden: De student heeft kennis van en inzicht in de aspecten die worden onderscheiden bij het

opzetten van een onderzoek De student is in staat om een probleemdefinitie te beschrijven De student heeft kennis van de verschillende taken die uitgevoerd dienen te worden ter

voorbereiding op het onderzoek De student krijgt inzicht in systematisch handelen en opschrijven De student is in staat om de uitkomsten van het onderzoek schriftelijk te rapporteren

8.3 Oriëntatie

8.3.1 BeginvereistenEr worden geen beginvereisten gesteld

8.3.2 LeermiddelenHieronder vind je een literatuurlijst met boeken die te gebruiken zijn om aan verschillende opdrachten te werken. De boeken zijn in de mediatheek te vinden. Een andere bron van informatie is uiteraard het internet.

Hoogland, W, Rapport over rapporteren, Groningen, Wolters-Noordhoff, ISBN 90 01 41174 6

Vilsteren, van, P, Rapporteren, de basis, Groningen, Wolters-Noordhoff,ISBN90 01 90568 4

Grit, R, Projectmanagement, Groningen, 1994, ISBN 90 01 34780 0


Hulshof, M Leren interviewen, Groningen 1992 ISBN 90 01 41761 2

Severijnen, O, Netwerk, de basis. Professionele bedrijfscommunicatie, Zutphen, 1999, ISBN 90 03 23560 0

Steehouder, M, F, Leren communiceren, Groningen ISBN 90 01 80824 7

8.3.3 StudielastVoor het uitvoeren van alle taken van dit hoofdstuk is ca. 16 SBU nodig

8.4 De programmeringNr. Taak SBU Soort Beoordeling Initiatief1. Bestuderen module + bijlage 1 1 I - I2. Beschrijf de opzet van het onderzoek

(stap 1-13, zie bijlage)2 G B G

3. Uitvoeren onderzoek 8 G - G4. Verslag van het onderzoek 3 I B5. Evaluatie 1 I - B

Totaal 16

Toelichting studieactiviteiten

Ad.2 de opzet van het onderzoek wordt eerst ter goedkeuring aan de docent communicatie voorgelegd voordat gestart wordt met de uitvoering van het onderzoek.Ad.4. Schrijf een kort verslag waarin de volgende onderwerpen behandeld worden;

- opzet van het onderzoek- uitvoering van het onderzoek- conclusies

Het verslag wordt beoordeeld op:- inhoud- correct taalgebruik- uiterlijk verzorging

Deel II- Aanvullende leerstof

8.5 Leerstof

Stappenschema ten behoeve van het opzetten van een onderzoek

1. Formuleer de aanleiding tot het onderzoek.2. Formuleer de goede probleemstelling.3. Zoek theoretische achtergrondinformatie.4. Zoek (recente) onderzoeken.5. Kies de onderzoekssoort.6. Formuleer de specifieke vraagstelling.7. Definieer de belangrijkste termen.8. Formuleer eventueel hypothesen.9. Kies de manier van gegevens verzamelen.10. Bepaal de betrouwbaarheid en validiteit van de onderzoeksinstrumenten.11. Bepaal hoe de steekproef moet worden samengesteld.


12. Stel vast hoe de steekproef wordt getrokken.13. Kies de statistische verwerkingsprocedure.14. Voer het onderzoek uit.15. Verwerk de resultaten en geef ze weer in tabellen en grafieken.16. Trek conclusies.17. Breng de conclusies in verband met de onderzoeksvraag en verzamelde literatuur.18. Formuleer de aanbevelingen en suggesties.19. Schrijf het onderzoeksverslag.

Toelichting stappenplan

1. Aanleiding tot het onderzoekRedenen waarom een onderzoek wordt gedaan zijn legio:-verbazing of verwondering. Mensen willen weten hoe en waarom een bepaald verschijnsel ontstaat en hoe bepaalde verschijnselen met elkaar samenhangen;-studie. Mensen willen of moeten in het kader van hun opleiding een onderzoek doen;-beroep. Dikwijls moeten mensen beroepshalve onderzoek doen.-problemen. Veelal zijn bestaande problemen een aanleiding.

2. ProbleemstellingDe eerste stap bij het opzetten van een onderzoek is het formuleren van een onderzoeksvraag waaronder wordt verstaan: een uitspraak, in stelling of vraagvorm waarin de centrale gedachte van het onderzoek wordt beschreven.

3. Verzamelen van informatieHet is zeer belangrijk op de hoogte te zijn van de meest gangbare theorieën,achtergronden en uitgangspunten. Ook is het noodzakelijk te weten welke uiteenlopende meningen en stromingen binnen het onderzoeksterrein bestaan.Deze inzichten zijn nodig om de vraagstelling goed te kunnen omschrijven, om te verantwoorden waarom gekozen is voor bepaalde definities en dus voor bepaalde theorieën is gekozen. En in de derde plaats moeten de uitkomsten van ons onderzoek in verband worden gebracht met de theoretische achtergronden waarvan is uit gegaan.

4. Zoek recente onderzoekenAan een onderzoek gaat altijd literatuurstudie vooraf. We onderscheidden daarin;-basisliteratuur: handboeken, standaardwerken, rapporten, sleutelpublicaties, gericht op algemene theorieën, achtergronden en uitgangspunten.-onderzoeksliteratuur: verslagen van recent onderzoek, te vinden in tijdschriften en congresverslagen.-literatuur over het verrichten van onderzoek: boeken over methodes en technieken van empirisch onderzoek.

5. Kies de onderzoeksoortEr worden grofweg drie onderzoeksvormen onderscheiden:- Beschrijvend onderzoek: onderzoek dat de stand van zaken over een onderwerp op een

bepaald moment weergeef;- Correlationeel onderzoek: onderzoek waarbij gegevens worden verzameld om te bepalen of en

in welke mate er een relatie bestaat tussen twee of meer meetbare verschijnselen;- Experimenteel onderzoek: onderzoek waarin één verschijnsel wordt gevarieerd om te zien of

dat effect heeft op een ander verschijnsel.

6. Formuleer de vraagstellingNa het literatuuronderzoek moet de globale probleemstelling omgezet worden in een specifieke vraagstelling, waarin zo nauwkeurig mogelijk wordt aangegeven wat er onderzocht gaat worden.


7. Definieer de belangrijkste termenDe termen in de specifieke vraagstelling moeten exact worden gedefinieerd. Er moet precies worden aangegeven wat men onder bepaalde termen en woorden verstaat.

8. Formuleer eventueel hypothesenHypothesen zijn stellingen die op grond van de uitkomsten van een onderzoek aanvaard of verworpen kunnen worden

9. Verzamelen van gegevensEr worden drie methodes voor het verzamelen van gegevens onderscheiden, namelijk observeren, vragen en meten.Observeren wil zeggen: doelgericht en systematisch waarnemen van verschijnselen. Dit kan:-vrij of ongestructureerd plaatsvinden; er wordt beschreven wat wordt waargenomen, en-gestructureerd; exact beschreven waarnemingen worden ondubbelzinnig geregistreerd.Bij vragen wordt een onderscheid gemaakt tussen het interview en de schriftelijk in te vullen vragenlijst.Onder meten wordt verstaan het kwantitatief (dus in getal uitgedrukt) bepalen van een kenmerk aan de hand van een gestandaardiseerde schaal.

10. Bepaal de betrouwbaarheid en validiteit van de onderzoeksinstrumentenAlle manieren van gegevens verzamelen moet voldoen aan de eisen van betrouwbaarheid en validiteit.Betrouwbaarheid betekent: wordt er consistent (dus onder dezelfde omstandigheden dezelfde uitslag) gemeten.Validiteit wil zeggen: wordt er werkelijk gemeten wat men wil meten.

11. Bepalen van de steekproefEen steekproef moet representatief zijn, dat wil zeggen: vergelijkbaar met de groep waarnaar gegeneraliseerd wordt.Gelet moet worden op de nauwkeurigheidsmarge, de betrouwbaarheid en de validiteit.

12. Vaststellen van hoe de steekproef wordt getrokkenMethoden van steekproef trekken:-stratificeren: gebeurt op basis van kenmerken van mensen, zoals die in de populatie voorkomen.-random-selectie: willekeurig steekproef trekken zodat elk element in de populatie een even grote kans heeft te worden geselecteerd. -systematische selectie betekent steekproef trekken volgens een tevoren afgesproken systeem.

Voer stap 13 t/m 18 uit

19. Schrijf het onderzoeksverslag

RAPPORTAGE

De rapportage van een onderzoek omvat de volgende onderdelen.

1. Omslag Zorg voor een stevig omslag Kies een aantrekkelijk illustratie, als dat bij de aard van het verslag past. Noem de naam van het verslag, de eventueel ondertitel en naam (namen) van de auteurs(s)

2. Titelpagina


Titel, eventueel ondertitel Naam van de auteur(s) Plaats en datum van voltooiing

3. Voorwoord Een voorwoord bevat een persoonlijk stukje van de auteur(s), waarin hij een voorbeeld een

aantal mensen wil bedanken.

4. Inhoudsopgave Indeling volgens de vaste onderdelen van een verslag (zie punt 7) Kies en logische indeling en gebruik hoofdstukken (1), paragrafen (1.1) en eventueel

subparagrafen (1.1.1) Zet altijd bij elkaar wat bij elkaar hoort en bepaal dat steeds bewust. Controleer op het laatst ook of alle verwijzingen naar hoofdstukken, hoofdstuknummers

en paginanummers nog steeds kloppen.

5. Samenvatting Geef na de inhoudsopgave de samenvatting van het verslag; die wordt altijd gelezen. Vermeldt de essentie van de inhoud: -wat is onderzocht

-waarom is dat onderzocht-welke methode is gebruikt-wat zijn de conclusies van het onderzoek

6. Inleiding Vermeld in de inleiding de volgende zaken:

-wat de probleemstelling of het onderwerp van het verslag is (met eventuele deelvragen)-waarom dit probleem of onderwerp van het verslag is -wat het soort doelstelling is-welke werkwijze is gevolgd en waarom-wat de relevantie van het onderzoek is-of er beperkingen gelden ten aanzien van het onderwerp, het onderzoek of de conclusies, en ja, welke-hoe het verslag is opgebouwd.

Vermeld hier ook de eventuele bijlagen

7. De kernhoofdstukken Baseer de hoofdstukken op de kernvragen die je moet bespreken, bijvoorbeeld bij het

verslag over een probleem:

1 Inleiding1.1 De probleemstelling of het onderwerp van het verslag1.2 Doelstelling1.3 Onderzoeksplan1.3.1 De onderzoeksmethode1.3.2 De analysemethode1.3.3 De steekproefgrootte1.4 Relevantie1.5 Overzicht van de verdere inhoud

2 Titel van het hoofdstuk2.1 Een korte historische schets


2.2 De huidige situatie2.3 Het tot nu toe gevoerde beleid

3. De resultaten van het onderzoek3.1 ………………………3.2 ………………………

4 Conclusies en aanbevelingen 4.1 Conclusies4.2 Aanbevelingen

5 Evaluatie5.1 Evaluatie van het onderzoek5.2 Voorstellen voor verder onderzoek

Bijlagen

Geraadpleegde literatuur

8. Conclusies en aanbevelingen Zorg dat het hoofdstuk met de conclusies ook leesbaar is voor hen die niet het gehele

verslag hebben gelezen. Het hoofdstuk moet overtuigend en compleet zijn. Vermijd details, die horen in voorgaande hoofdstukken te staan. Presenteer de conclusies en/of aanbevelingen zo overzichtelijke mogelijk, dus liever niet

als doorlopende tekst.

9. Evaluatie

Neem aan het einde van het verslag een hoofdstuk op, waarin u met name het proces van het onderzoek evalueert. Wat ging goed, wat ging minder goed, wat ging er fout. Hoe zijn de fouten herstelt? Formuleer evt. Voorstellen voor een aanvullend onderzoek.

Bijlagen Neem alleen teksten, tabellen, enz. in het verslag zelf op, die een directe, noodzakelijke

toelichting vormen op het betoog. Verwijs steeds naar de bijlagen wanneer dat nodig is, bijlagen waarnaar je niet verwijst

hoef je niet op te nemen. Voorbeelden van bijlagen: fragmenten uit een eerder onderzoek, gebruikte enquêtes,

gedetailleerde informatie over onderzoeksmethode, plattegronden, tabellen en grafieken, juridische stukken, enz.

Een omvangrijk document als bijlage, voeg je er apart bij. Nummer de bijlagen Pagineer gewoon door van uw conclusies naar de bijlagen. Besteed zorg aan de bijlagen. Een slordig grijs of schuim kopietje doet afbreuk aan je

verslag. Vermeld op de bijlagen steeds de bron.

Bronvermelding Vermeld steeds waar je het materiaal vandaan hebt wanneer ze niet van jezelf afkomstig

zijn.


Paginering Op het omslag, de titelpagina, het eventuele voorwoord, de inhoudsopgave en de samenvatting

staan geen paginanummers. Op de eerste pagina met ‘echte tekst’ , meestal de inleiding, begint de paginanummering; de

ongenummerde pagina’s moet je wel meetellen.

13. Stijl Wissel korte en langere zinnen af; maak de zinnen niet te lang. Formuleer positief: niet: het is niet denkbaar dat…’ maar: het is waarschijnlijk dat Vermijd spelen taalfouten Schrijf geen pagina’s vol met tekst: gebruik witregels en alinea’s Wees zakelijk: schrijven is schrappen.

14 Afbeeldingen Het opnemen van grafieken en tabellen is, mits ze helder en overzichtelijk zijn, aan te raden Vaak voorkomt een foto of een tekening een omslachtige uitleg. Vat lastige procesbeschrijvingen in een helder diagram samen.

BEOORDELINGSFORMULIER SCHRIFTELIJKE RAPPORTAGE

Naam student: …………………………………………………Naam docent: …………………………………………………Datum : …………………………………………………

1. De verantwoording van het onderzoeksplan Wat is het onderwerp van het onderzoek? Is het onderwerp helder en overtuigend afgebakend? Hoe luidt de vraagstelling? Hoe luidt de doelstelling? Zijn van de vraagstelling deelvragen afgeleid? Welke? Is het onderzoeksobject duidelijk in kaart gebracht? Voor wie is het onderzoek bestemd? Zijn er argumenten gegeven waarom de vraagstelling relevant en interessant is voor de doelgroep? Voor welke onderzoeksstrategie is gekozen? Voor welke onderzoeksmethode is gekozen?

2. Conclusies en aanbevelingen Zijn de resultaten helder geformuleerd? Sluiten de conclusies aan bij de doelstellingen van het onderzoek? Zijn de aanbevelingen realistisch, gelet op de doelgroep en doelstelling?

3. Uiterlijke presentatie Omslag Titelblad Voorwoord Inhoudsopgave Samenvatting Tekst; hoofdstuk en paragraafindeling, literatuurverwijzingen, schema’s Geraadpleegde literatuur Typografische verzorging

4. Eindoordeel Goed


Voldoende Onvoldoende5. Advies

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………


8.6 Opdrachten hoofdstuk 8

De opdrachten die je tijdens de case Productiegereedschap Matrijs moet uitvoeren luiden:

1. Zet een onderzoek op naar de te gebruiken kunststof voor het fabriceren van de kap van de windrichtingsmeter uit de case Wiri-M en Wiri-E.

2. Voer dit onderzoek uit.



W2


Hoofdstuk 9 - Productiekosten


Deel I - Algemeen

9.1 Inleiding


Gedurende een productiecyclus van een product worden een groot aantal beslissingen genomen op grond van kosten. Dit hoofdstuk behandelt de diverse kostensoorten en geeft aan hoe de productiekostprijs van een productonderdeel alsmede dat van een geassembleerd product tot stand komt. Ook de opbouw van de uiteindelijke verkoopprijs van een product komt aan de orde. Het geeft o.a. ook aan op welke wijze een machine-uurtarief alsmede het uurtarief van een productiemedewerk(st)er bepaald wordt.

9.2 DoelstellingenAls de student alle genoemde taken naar behoren heeft uitgevoerd bezit hij of zij de volgende kennis en vaardigheden: De student heeft kennis van en inzicht in de aspecten die worden onderscheiden bij het

bepalen van de productiekosten De student is in staat om een kostencalculatie uit te voeren.

9.3 Oriëntatie

9.3.1 BeginvereistenEr worden geen beginvereisten gesteld

9.3.2 LeermiddelenHieronder vind je een literatuurlijst met boeken die te gebruiken zijn om aan verschillende opdrachten te werken.

Bruijn J.C.M. de, Anemaat A, Collegedictaat IDE 440 Konstructieleer 4 Deel B, Uitgave september 2000, TU Delft, Factulteit OCP (In overleg met docent te verkrijgen)

Boer P. de, Brouwers M.P., Koetzier W., Basisboek Bedrijfseconomie, Wolters Noordhoff, Groningen, 1995. ISBN 90-01-09377-9

Klein Nagelvoort R.M., Kosten en Offers, (8e druk), Educaboek, Culemborg, ISBN 90-11-0191130

Ostwald P.F., Cost estimating for engineering and management, Prentice-Hall, ISBN 0-13-181131-2.

Blommaert, A.M.M., Blommaert, J.M.J., Bedrijfseconomische analyses, Stenfert Kroese, Leiden, 1995. ISBN 90-207-2597-1.

9.3.3 StudielastVoor het uitvoeren van alle taken van dit hoofdstuk is ca. 16 SBU nodig


9.4 De programmeringNr. Taak SBU Soort Beoordeling Initiatief1. Bestuderen Hst 3 Collegedictaat TU Delft 3 I - I2. Opdracht 3.6.1 2 G B G3. Bestuderen Hst 3.5 + opdracht 3.6.2 5 G B G4. Opdracht 3.6.3 4 G B G

Totaal 14

Deel II- Aanvullende leerstof

9.5 Leerstof

9.5.1 InleidingHet grootste gedeelte van de voortbrengingskosten van een product wordt reeds in de ontwerpfase vastgelegd. Een optimalisatie van de productiekosten alleen leidt dus niet automatisch tot een concurrerende productprijs! Deze is alleen bereikbaar wanneer er gedurende het gehele voortbrengingstraject, dus bij het ontwerp, de productievoorbereiding, de fabricage en assemblage, geïntegreerd naar minimale kosten gestreefd wordt. Hoge kosten voor complexe onderdelen kunnen bijvoorbeeld ruimschoots gecompenseerd worden door veel lagere assemblagekosten. In steeds meer gevallen wordt bij de opstelling van de ontwerpeisen een maximum toelaatbare kostprijs als taakstelling opgegeven.Uitgangspunt voor de bepaling van de meest geschikte fabricagemethode van een productonderdeel is het ontwerp. Hierin zijn niet alleen de vereiste maatvorm-, plaatsen oppervlaktetoleranties voorgeschreven, maar dikwijls ook de vereiste materiaalstructuur en mechanische eigenschappen.In veel gevallen zullen er verschillende mogelijkheden zijn om een onderdeel overeenkomstig de ontwerpeisen te vervaardigen. Een tandwiel voor een tandwielpompje kan bijvoorbeeld worden vervaardigd door frezen, koudpersen, fijnstansen of sinteren. Er zullen dus keuzes gemaakt worden! Bij een kostenvergelijking tussen verschillende vervaardigingsmethoden moeten de materiaalkosten en alle met de fabricage samenhangende bewerkingskosten in ogenschouw genomen worden. De materiaalkosten van een onderdeel zijn sterk afhankelijk van het percentage afval dat bij het bewerkingsproces, bijvoorbeeld in de vorm van te verwijderen gietsystemen, opkomers, bramen of spanen, ontstaat.De bewerkingskosten worden in belangrijke mate beïnvloed door de vereiste toleranties en oppervlaktekwaliteit. Figuur 1 laat zien dat de bewerkingskosten zeer sterk toenemen met een verkleining van de toleranties resp. een verlaging van de oppervlakteruwheid van een onderdeel. De in de figuur aangegeven kwaliteitsklasse wordt bepaald door de maat-, vormen plaatstoleranties, alsmede de oppervlaktekwaliteit.


Figuur 1 Relatie tussen de kwaliteitsklasse en de bewerkingskostenBij de bepaling van de productieprijs en de productverkoopprijs dient van een bedrijfsstrategie te worden uitgegaan. Afhankelijk van deze strategie zijn meer oplossingen mogelijk en het is juist kenmerkend voor een goed ondernemerschap deze strategie verstandig aan de omstandigheden aan te passen. Bij de berekening van de bewerkingskosten kan men van een gemiddeld werkplaatstarief uitgaan. Men spreekt dan wel van de bepaling van de globale kosten. Het nadeel hiervan is evenwel dat er geen concrete informatie beschikbaar komt over welk type werk extra geld oplevert en op welk type werk feitelijk geld wordt toegelegd. Bij het werken met gedifferentieerde kosten wordt dit wel duidelijk, maar is de calculatie complexer.Een ander onderscheid is de wijze waarop algemene kosten als indirecte kosten of overheadkosten in de kostprijs en verkoopprijs worden doorberekend. De keuze tussen verschillende fabricagemogelijkheden wordt in belangrijke mate bepaald door de seriegrootte. In het geval dat een serie herhaald wordt, spelen zowel de grootte van de fabricageserie als van de totaalserie een rol. Bepaalde kosten kunnen over de totaalserie worden afgeschreven en andere kosten moeten bij het opstarten van een nieuwe fabricageserie opnieuw worden gemaakt. Bij de fabricage van een nieuw “eigen” product is het vaak een probleem om de grootte van de totaalserie betrouwbaar in te schatten; het is namelijk nog niet bekend hoe de markt het product zal ontvangen.Indien een onderdeel op meerdere wijzen gemaakt kan worden, is de uiteindelijke keuze van de meest geschikte fabricage methode in het algemeen een proces van kosten optimalisatie. Hetzelfde geldt overigens ook voor de machinekeuze. Wanneer een serie draaiwerkstukken op een handbediende centerdraaimachine, een nokkengestuurde draai-automaat en een NC-draaicentrum gemaakt kan worden, zal in het algemeen gekozen worden voor die machine, waarbij de fabricagekostprijs het laagst is. In de praktijk zal men echter niet altijd het criterium van de minimale productiekosten hanteren; zo zal in sommige gevallen een minimale doorlooptijd worden nagestreefd.Meestal vindt in verschillende stadia van het voortbrengingstraject van een product kostprijscalculatie plaats. Bij het uitbrengen van een offerte zal op grond van het voorontwerp een offertecalculatie gemaakt worden. De materiaal- en bewerkingskosten worden aan de hand van een productanalyse globaal berekend en het ontwerp zelf is vaak nog niet definitief. Na de orderacceptatie en de definitieve uitwerking van het ontwerp vindt de voorcalculatie plaats. Op basis van het door de afdeling werkvoorbereiding opgestelde bewerkingsplan worden de te verwachten bewerkings- en behandelingstijden zo goed mogelijk ingeschat en de hiermee samenhangende productiekosten


berekend. Nadat het product gereed is kan de nacalculatie worden opgevoerd op grond van de vastgelegde bewerkingstijden en de werkelijk gemaakte kosten.

9.5.2 Kostensoorten en kostenopbouwBij de vervaardiging van een fabricageserie van X onderdelen , deel uitmakend van een totaalserie van Y onderdelen, is de productiekostprijs opgebouwd uit de volgende kostensoorten:

Uitvoeringskosten of repeterende kosten

De kosten KU komen voor ieder product terug en worden in de volgende paragraaf verder uitgwerkt. Voorbeelden van dergelijke kosten zijn: materiaalkosten per onderdeel; machinekosten per onderdeel en arbeidskosten per onderdeel.

Kosten voor herhaalopdrachten

De kosten voor herhaalopdrachten KHO zijn de voorbereidende kosten, welke voor iedere fabricageserie opnieuw gemaakt moeten worden. Deze kosten kunnen dus slechts over de X onderdelen van de fabricageserie worden afgeschreven.

Voorbereidingskosten of éénmalige kosten

Deze kosten KVB behoeven slechts éénmalig voor de totaalserie te worden gemaakt en kunnen dan ook over alle Y onderdelen worden afgeschreven. Dit geldt ook voor de situatie waarbij de totaalserie tot stand komt door het met tussenpozen herhalen van meerdere fabricageseries.

Indirecte kosten voor productiefaciliteiten (overhead kosten)

De kosten van alle niet direct productiegebonden afdelingen en faciliteiten dienen op één of andere manier in de prijs van de gefabriceerde producten en onderdelen te worden doorberekend.Denk hierbij aan afdelingen als inkoop, planning en werkvoorbereiding, en aan voorzieningen als gebouwen, verwarming en verlichting. De toeslag voor de verrekening van de algemene kosten van de fabricageafdelingen wordt hier in rekening gebracht door de nominale fabricagekosten te vermenigvuldigen met de overheadfactor fabricage FOF (>1).

De productiekostprijs KFi van een onderdeel uit de fabricageserie “i” kan als volgt in formulevorm worden weergegeven:

In de praktijk zullen de fabricageseries Xi niet altijd even groot zijn. De invloed hiervan op de productiekostprijs KFi is duidelijk in de formule te zien.

9.5.3 Uitvoeringskosten of repeterende kostenBij de bepaling van de repeterende kosten KU voor de fabricage van een onderdeel spelen de volgende kostenfactoren een rol:

Materiaalkosten


In de kostprijsopbouw van een product leveren de materiaalkosten veelal de grootste bijdrage. Bij kleinserie-fabricage is het aandeel van de materiaalkosten vaak al ca. 50 % en bij massafabricage kan dit nog beduidend hoger zijn.De kiloprijs van uitgangsmateriaal is niet alleen van de samenstelling afhankelijk, maar ook van de vorm. De materiaalkosten KMAT per onderdeel bepaalt men door de gemiddeld in totaal benodigde materiaalhoeveelheid per onderdeel te vermenigvuldigen met de materiaalprijs kMAT per massa-eenheid. Hierbij dient rekening gehouden te worden met het afval, dat bij de verwerking ontstaat en meestal in een percentage wordt uitgedrukt. Bij gieten ontstaat afval in de vorm van gietsystemen en opkomers, bij smeden in de vorm van bramen, bij plaatbewerking in de vorm van overtollig materiaal en bij verspanen in de vorm van spanen. In Tabel 1 is het globale afvalpercentage VAF voor enkele bewerkingsprocessen weergegeven. In sommige gevallen kunnen deze percentages nog veel groter zijn dan in de tabel aangegeven.

BEWERKINGSPROCES AFVALPERCENTAGE V’ AF(%)

Verspanende processen 10 - 60Gieten in zand 40 - 50Plaatbewerkingsprocessen 10 - 25Extrusie en smeden 10 - 25Spuitgieten 10 - 50Poedermetallurgie < 10

Tabel 1 Overzicht van afvalpercentages Het verkregen afval vertegenwoordigt meestal een restwaarde die sterk afhankelijk is van de vorm en de plaats waar het beschikbaar komt. Binnen de gieterij wordt het afval direct gerecirculeerd en heeft per kilo vrijwel dezelfde waarde als het ingekochte materiaal. Dit wil overigens niet zeggen dat het ‘produceren’ van afval hier niets kost; het verzamelen sorteren en opnieuw smelten kost wel degelijk geld. De waarde van metaalspanen is soms nog maar enkele procenten van de waarde van het uitgangsmateriaal. Wanneer de restwaarde aanzienlijk is, zoals voor koper en koperlegeringen, dan zullen de berekende materiaalkosten hiervoor worden gecorrigeerd. In andere gevallen moet weer rekening gehouden worden met afvoerkosten.Uitgaande van een bruto werkstukvolume VMAT , een soortelijke massa ρ, een restwaarde kR per kg en afvoerkosten kAFV per kg, kunnen de materiaalkosten KMAT als volgt in formulevorm worden uitgedruk:

Machinekosten

De machinekosten KMi voor één bewerking aan een productonderdeel vindt men door de cyclustijd van de bewerking te vermenigvuldigen met het machine-uurtarief Mli . De berekening van het machine-uurtarief wordt in 9.5.8 verder toegelicht. De cyclustijd tC van een bewerking is samengesteld uit de hoofdtijd tH en de som van de cyclische neventijden tNi, zodat geldt:

De hoofdtijd wordt gebruikt voor de feitelijke bewerking op de machine en gedurende de neventijden vinden de overige cyclische handelingen plaats, zoals open afspannen van werkstukken, sledeverplaatsingen zonder dat er gesneden wordt, meten wisselen van gereedschap, etc. indien een onderdeel op m verschillende machines vervaardigd wordt, geldt voor de totale machinekosten KMt:


Directe arbeidskosten

De directe arbeidskosten of menskosten KA voor één bewerking aan een productonderdeel worden op vergelijkbare wijze bepaald door de voor de bewerking benodigde cyclustijd te vermenigvuldigen met het betreffende mens-uurtarief M2. In de praktijk wordt vaak men een gecombineerd mens-machine-uurtarief gerekend. Wanneer een machine gemiddeld door a mensen wordt bediend dan is het mens-machine-uurtarief MT gelijk aan:

De waarde van a kan zowel groter als kleiner dan 1 zijn.

Gereedschapkosten

Bij het gebruik van universeel gereedschap zal bij de samenstelling van de uitvoeringskosten voor iedere bewerking ook een aandeel van de gereedschapkosten in rekening gebracht moeten worden. Wanneer de snijdend gereedschap de gereedschapkosten voor een scherpe snijkant KGS bedragen en het gereedschap bij de instelling van het proces een standtijd T heeft bij een hoofdtijd tH, dan geldt voor de gereedschapkosten KG per bewerking:

Een gereedschap met een nieuwwaarde KNW kan in het algemeen een aantal malen worden gereconditioneerd, bijvoorbeeld door naslijpen of napolijsten. Bij een gereedschap dat b maal gereconditioneerd wordt met KREC als reconditioneringskosten en dat uiteindelijk een restwaarde KR overhoudt, kunnen de gereedschapkosten per snijkant KGS als volgt worden bepaald:

Bij het gebruik van productgebonden gereedschap zullen de gereedschapkosten als éénmalige kosten over de totaalserie moeten worden afgeschreven.

Gereedschapwisselkosten

Wanneer gereedschap tijdens de fabricage van een serie onderdelen zijn standtijd bereikt, zal dit gewisseld moeten worden. De hiermee samenhangende gereedschapwisselkosten maken deel uit van de uitvoeringskosten. De gereedschapwisselkosten per bewerking KGW kunnen als volgt in de gereedschapwisseltijd tGW, het mens-machine-uur-tarief MT de standtijd T van het gereedschap en de hoofdtijd tH worden uitgedrukt:

Hierbij wordt er in het algemeen voor gezorgd, dat het gereedschap niet tijdens de bewerking van een onderdeel behoeft te worden vervangen. De gereedschapwisseltijd van een draaibeitel bedraagt één of enkele minuten.De uitvoeringskosten KUt voor de vervaardiging van een onderdeel zijn gelijk aan de som van de materiaalkosten en de bewerkingskosten KBEW:


Daar de bewerkingskosten uit de mens-machine-kosten, de gereedschapkosten en de gereedschapwisselkosten zijn samengesteld, kunnen de uitvoeringskosten KUt voor m deelbewerkingen als volgt in formulevorm worden weergegeven:

9.5.4 Kosten voor herhaalopdrachtenDe kosten voor herhaalopdrachten KHO zijn opgebouwd uit:

Kosten voor de administratieve werkvoorbereiding KAWV

Inrichtkosten KIN

Aanloopkosten KAL

Bij een herhaling van de fabricageserie zal de werkvoorbereiding de nodige administratieve handelingen, zoals het uitschruiven van orderbegeleidingsbonnen, moeten uitvoeren. De technische werkvoorbereiding heeft reeds bij de eerste fabricageserie plaatsgevonden; de toen vastgelegde methoden en gegevens kunnen opnieuw worden gebruikt.Voorbeelden van inrichtkosten op de machine KINM zijn:

Kosten voor het plaatsen van seriegebonden spanen/of bewerkingsgereedschappen op de machine,

Kosten voor het afstellen van een pers met gereedschap, Kosten voor het uitwisselen van de nokkensets en het afstellen van de aanslagen bij een

nokkengestuurde automaat.

Voorbeelden van inrichtkosten buiten de machine KINA zijn: Kosten voor het voorinstellen van gereedschap op een gereedschapinstelapparaat, Kosten voor het plaatsen van opspanmiddelen op pallets.

Tijdens het inrichten van de machine door een machinebediende of machinesteller kan de machine niet voor andere werkzaamheden gebruikt worden; de hiermee samenhangende kosten worden dus bepaald door het product van de inrichttijd tIN en het mens-machine-uurtarief MT. Zeker bij NC-machines met een hoog machine-uurtarief wordt er naar gestreefd om zo veel mogelijk instelwerk, zoals het voorinstellen van gereedschap, buiten de machine te doen. Voor de totale inrichtkosten KIN kan dus geschreven worden:

Bij de start van een nieuwe fabricageserie zal in het algemeen met aanloopkosten rekening gehouden moeten worden. Voordag een spuitgietproces bijvoorbeeld goed verloopt zullen de nodige proefspuitingen moeten worden uitgevoerd, naar aanleiding waarvan de machine wordt bijgesteld tot er een goed product ontstaat. Deze aanloopkosten zijn onder meer afhankelijk van de aanlooptijd, het mens-machine-uurtarief en de kosten van het “verspilde” materiaal.

9.5.5 VoorbereidingskostenBij de éénmalige voorbereidingskosten KVB dient weer onderscheid gemaakt worden tussen:

Kosten voor de technische werkvoorbereiding KTWV

Kosten voor productgebonden uitrusting KPU

Ook wanneer de fabricageserie van een bepaald onderdeel met tussenpozen herhaald wordt behoeft de technische werkvoorbereiding slechts éénmaal te worden uitgevoerd, in tegenstelling tot de administratieve werkvoorbereiding. De NC-programma’s worden slechts éénmaal gemaakt.Voorbeelden van productgebonden uitrusting zijn:


Speciaalgereedschappen, zoals gietmodellen, smeed- en spuitgietmatrijzen en elektroden voor zinkvonken

Productgebonden spanen hulpgereedschappen Nokken voor een nokkengestuurde automaat

9.5.6 Kosten van assemblageIndien een geassembleerd product uit n onderdelen is samengesteld dan zal de productiekostprijs KFt bepaald worden door de productiekostprijs KFi van de n afzonderlijke onderdelen alsmede door de kosten van assemblage. Net als bij de onderdelenfabricage bestaan de assemblagekosten KAS per product weer uit repeterende kosten, kosten welke over de fabricageserie moeten worden afgeschreven en kosten welke over de totaalserie moeten worden afgeschreven. Bij de assemblage van een nieuw product zal met het inleereffect rekening gehouden moeten worden. Ter verrekening van de overheadkosten voor de productiefaciliteiten worden ook hier de nominale assemblagekosten KAS met de overheadfactor fabricage FOF vermenigvuldigd. Voor de productiekostprijs van een geassembleerd product geldt dus:

9.5.7 Indirecte kostenZoals reeds eerder is opgemerkt dienen de kosten van alle niet direct productgebonden afdelingen als toeslag in de prijs van de gefabriceerde producten te worden doorberekend. Meestal wordt dit met op gemiddelden gebaseerde overheadfactoren gedaan. Bij een computerondersteunde bedrijfsvoering kunnen de toeslagen per product meer in detail berekend worden.Met de indirecte kosten voor productiefaciliteiten, zoals uitgedrukt in de overheadfactor fabricage FOF,

worden de algemene kosten van de productie-ondersteunende afdelingen doorberekend.De fabricagekostprijs KFt van het geassembleerde product wijkt in belangrijke mate af van de verkoopprijs KV. Zoals ook schematisch in figuur 6 is weergegeven, moet hier nog met de volgende toeslagen worden gecorrigeerd.

Overheadfactor bedrijf

Met deze overheadfactor FOB worden de kosten van de afdelingen, die zich niet direct met de fabricage bezighouden, doorberekend in de verkoopprijs van het product. Het betreft hier bijvoorbeeld afdelingen als kwaliteitsdienst, personeelszaken, boekhouding en management. Voor de bedrijfskostprijs KB van een product geldt dus:

Overheadfactor verkoop

Met deze overheadfactor FOV worden alle kosten, die direct samenhangen met de verkoopactiviteiten van het bedrijf, doorberekend in de verkoopprijs van het product. Bij producten, die uit voorraad geleverd worden, maken de voorraadkosten hiervan een belangrijk deel uit.Ook de kosten voor aflevering van de producten, de nazorg en de eventuele commissies voor wederverkopers zijn in deze factor verdisconteerd. De totale kostprijs KBt van een product kan dus als volgt worden weergegeven:

Sommige bedrijven berekenen deze verkoopkosten door via de overheadfactor bedrijf FOB.

Winstfactor

In het algemeen is het voor productiebedrijven niet voldoende om kostendekkend te produceren; er zal een zekere winst gemaakt moeten worden. De winstfactor Fw is de verhouding tussen de verkoopprijs van het product en de totale productkosten.De verkoopprijs van een product kan dus als volgt in formulevorm worden uitgedrukt:


9.5.8 Uurtarieven

Machineuurtarief

Bij de aanschaf van een nieuwe machine zal steeds naar de reële kosten voor een bedrijfsklare machine gekeken moeten worden.Dit betekent dat de aanschafkosten KNW zullen moeten worden vermeerderd met de opstellingskosten KOP voor de fundatie, plaatsing, aansluitingen en keuring.Door het doen van deze uitgaven verandert het bedrijfskapitaal van een onderneming in feite niet. Het financiële vermogen van het bedrijf neemt weliswaar af, maar het nieuwe productiemiddel gaat door “activering” tot het bedrijfskapitaal van de onderneming behoren. Tabel 2 laat een overzicht zien van de aanschafprijs van een aantal productiemiddelen.

Van de waarde van productiemiddelen wordt jaarlijks een gedeelte afgeschreven. De afschrijftermijn wordt bepaald door de geschatte levensduur van de machine. Hierbij wordt nog onderscheid gemaakt tussen de technische en economische levensduur. In het eerste geval is de levensduur verstreken als de machine versleten is en in het tweede geval is de machine nog wel bruikbaar, maar (technisch)-economisch achterhaald. De kortste van beide, aangegeven met LMIN, is maatgevend voor de jaarlijkse afschrijving.

PRODUCTIEMIDDEL AANSCHAFPRIJS (E x 1000)

Draaimachine 10 - 100Freesmachine 10 - 250Rondslijpmachine 40 - 150Vlakslijpmachine 20 - 100Bewerkingscentrum 100 - 1000Flexibel fabricagesysteem > 1000Mechanische pers 10 - 250Spuitgietmachine 30 - 250Puntlasmachine 10 - 50Industriële robot (excl. periferie) 50 – 200

Tabel 2 Aanschafprijzen van productiemiddelen

In veel gevallen heeft het productiemiddel aan het eind van de afschrijfperiode nog een restwaarde KR. De jaarlijkse afschrijfkosten MAj zijn dus gelijk aan:

Voor productiemachines wordt dikwijls een afschrijftermijn van 10 jaar gehanteerd.

Het in een productiemiddel geïnvesteerd vermogen moet, evenals geld op de bank, rente opbrengen. De kaptitaalkosten verbonden aan de investering in een machine bestaan dan ook uit afschrijving en rente. Het kapitaalbedrag van een nieuwe machine zal bij aanschaf gelijk (KNW + KOP) zijn en met het verstrijken van de afschrijftermijn lineair teruglopen naar de restwaarde KR. Globaal kan gesteld worden, dat de jaarlijkse rentekosten MRj gemiddeld over de helft van de aanschafprijs met opstellingskosten berekend dient te worden. Bij een rentepercentage PR geldt er dus:


In de praktijk worden vaak ook andere, meer complexe, methoden gebruikt voor afschrijving en renteberekening.Ook de huisvesting van de machine in een gebouw met alle benodigde voorzieningen, zoals verlichting, verwarming en leidingen voor elektra, lucht en water, kosten geld en dienen door de exploitatie van de machine te worden opgebracht. De rente en afschrijving op het gebouw met voorzieningen worden meestal naar een “vierkante meter prijs” omgerekend. Deze kosten MHj per m2 per jaar (vaak ca. 115 E/m2) alsmede het aantal vierkante meter H dat het productiemiddel in beslag neemt, bepalen de huisvestingskosten van de machine.De kapitaalkosten en huisvestingskosten zijn onafhankelijk van het aantal uren dat men de machine per jaar gebruikt. Zij worden daarom vaste kosten genoemd. Kosten welke lineair met het aantal gebruiksuren van de machine toenemen, zoals energiekosten en kosten voor koelen smeermiddelen, noemt men daarentegen variabele kosten.Ook de jaarlijkse onderhoudskosten voor de machine dienen in het machine-uurtarief te worden doorberekend. In het algemeen wordt hiervoor een toeslagpercentage PON van de investeringskosten in rekening gebracht. In de praktijk varieert dit percentage tussen de 3% en 6%.Bij het vaststellen van een machine-uurtarief zullen de jaarlijkse vaste kosten van een machine moeten worden afgeschreven over een geschat aantal netto bedrijfsuren Z op jaarbasis. Het is van wezenlijk belang dat deze taakstelling gehaald wordt. Wanneer het geschatte aantal netto bedrijfsuren niet gehaald wordt, werkt men in fiete met een te laag machineuurtarief en treedt er een onderbezettingsverlies op. Een overschrijding van het aantal geschatte uren leidt tot winst. Ook bij een machinebezetting van bijvoorbeeld 50% kan er dus best met winst geproduceerd worden.Bij de vaste kosten zal nog een post voor de variabele kosten moeten worden opgeteld. Het betreft hier de kosten MVAR per uur voor het gebruik van energie en hulpstoffen, zoals koelen smeermiddelen, reinigsmiddelen, lossingsmiddelen, diëlektrica, etc. Bij deze verbruiksstoffen die niet zondermeer in het milieu gestort kunnen worden, zal men ook met afvoerkosten rekening moeten houden.Tenslotte wordt het uiteindelijke machine-uurtarief M1 gevonden door de som van de jaarlijkse afschrijvingskosten, rentekosten, onderhoudskosten en huisvestingskosten te delen door het geschat aantal netto bedrijfsuren per jaar, en dit bedrag te vermeerderen met de variabele kosten per uur.

Mens-uurtarief

Het mens-uurtarief wordt primair bepaald door de loonkosten op jaarbasis, de sociale lasten welke door de werkgever betaald moeten worden, alsmede het netto aantal werkuren per jaar.De berekening van dit tarief zal aan de hand van een voorbeeld worden uitgewerkt.

Uitgegaan wordt van een machinebediende, die bruto een bedrag van E 20000 per jaar verdient. Door de werkgever dient nog eens 30% a 32% van deze loonkosten aan premies en overige werkgeverskosten betaald worden. De totale kosten op jaarbasis bedragen dus:Bruto loon per jaar : E 20000 Overige werkgeverskosten per jaar : E 7500

__________Menskosten per jaar : E 27500

Het aantal werkuren per jaar wordt berekend uit het aantal werkdagen, dat jaarlijks gelijk is aan:

Aantal werkdagen per jaar = 52*5= 260 dagenVakantie-, ADV- en feestdagen : 43 dagen

________217 dagen


Ziekteverzuim (ca. 10%) 22 dagen________

Aantal werkdagen per jaar 195 dagen

Uitgaande van 8 werkuren/dag zal het aantal werkuren per jaar dus 195*8=1560 uren bedragen. Met deze gegevens zijn de bruto loonkosten per uur te bepalen. Dit tarief moet nog wel met enkele toeslagen worden gecorrigeerd. In dit voorbeeld gaan we ervan uit dat de machinebediende 12% van de tijd aan persoonlijke verzorging besteed. Verder worden de kosten van het leidinggevend personeel verwerkt in de vorm van een toeslag, bijvoorbeeld van 20%. In het geval van meerploegendienst dient nog een correctiefactor te worden gehanteerd; bij het werken in drieploegendienst liggen de loonkosten in de orde van grootte van 25% hoger dan bij een normale dagdienst.Het mensuurtarief M2 bij het werken in normale dagdienst is in dit voorbeeld gelijk aan:

9.5.9 KostenoptimalisatieIn de eerste paragraaf is reeds gesteld dat de uiteindelijke keuze van de meest geschikte fabricagemethode en productiemiddelen in het algemeen een proces van kostenoptimalisatie is. Omdat voor verschillende fabricagemethoden resp. bewerkingsmachines de éénmalige kosten, de kosten voor herhaalopdrachten en de uitvoeringskosten niet gelijk zijn, zal de vraag welke methode resp. welke machine tot de gunstigste fabricagekostprijs leidt, sterk afhankelijk zijn van de seriegrootte (totaalserie en fabricageserie).In figuur 2 is voor een serie onderdelen, die volgens een bepaalde methode vervaardigd zijn, de som van de productiekosten uitgezet als functie van het aantal onderdelen. De kostenkromme in de grafiek is cumulatief samengesteld uit de vaste voorbereidingskosten KVB, de semivaste kosten KHO voor herhaalopdrachten en de variabele uitvoeringskosten KU.Figuur 3 laat een dergelijk kostenverloop zien voor twee verschillende fabricagemethoden. Methode I kenmerkt zich door relatief geringe éénmalige kosten en hogere uitvoeringskosten en kosten voor herhaalopdrachten. Bij methode II is dit juist omgekeerd. Bij de fabricage van NKR werkstukken zijn de beide methoden juist even duur; het bijbehorende aantal producten wordt het kritische productaantal (break even point) genoemd. Bij aantallen kleiner dan NKR zal voor methode I gekozen worden, en bij aantallen groter dan NKR voor methode II.

Figuur 2 Cumulatieve productiekosten als functie van het aantal gefabriceerde werkstukken


Figuur 3 Kostenverloop voor twee verschillende fabricagemethoden

Een andere vorm om het seriegrootte-effect te illustreren is een grafiek waarin de fabricagekostprijs per werkstuk is uitgezet tegen de seriegrootte. In figuur 4 zijn in één grafiek de kostenkrommen weergegeven voor een handbediende revolverdraaimachine, een NC-revolverdraaimachine alsmede een draai-automaat.

Als algemene regel kan gesteld worden dat de productiekostprijs per werkstuk met het productievolume afneemt. Dit als gevolg van het feit dat het aandeel van de gereedschapkosten en machinekosten in de fabricagekostprijs geringer wordt.Een ander algemene trend is, dat bij een toenemend productievolume het aandeel van de directe loonkosten in verhouding tot de materiaalkosten kleiner wordt, alsmede dat het aandeel van de machinekosten in verhouding tot de directe loonkosten toeneemt (zie figuur 5).

Figuur 4 Verloop van de kosten per werkstuk op verschillende typen machines


Figuur 5 Vergelijking van arbeids-, materiaal- en machinekosten als functie van het productievolume

Figuur 6 Bepaling van de economische seriegrootte


Bij een bedrijf dat een “eigen” product uit voorraad levert en dus op voorraad produceert, is de grootte van de fabricageserie vrij te kiezen. De optimale grootte van deze serie wordt weer door kostenoptimalisatie gevonden. In dit geval zorgt men ervoor dat de voorraadkosten en de met de productie samenhangende kosten tezamen minimaal zijn. Dit leidt dan tot de economische seriegrootte XEC (zie figuur 6).

SamenvattingDe productiekostprijs van een productonderdeel is samengesteld uit de uitvoeringskosten, een aandeel van de kosten voor herhaalopdrachten, een aandeel van de éénmalige voorbereidingskosten, alsmede uit overheadkosten voor beschikbare productiefaciliteiten. Bij de bepaling van de uitvoeringskosten spelen de materiaalkosten, de machinekosten, de directe arbeidskosten, de gereedschapkosten en de gereedschapwisselkosten een rol. De kosten voor herhaalopdrachten worden bepaald door de kosten van de administratieve werkvoorbereiding, de inrichtkosten alsmede de aanloopkosten. Bij de éénmalige voorbereidingskosten is onderscheid gemaakt tussen de kosten voor de technische werkvoorbereiding en die voor productgebonden uitrusting.De productiekostprijs van een geassembleerd product is samengesteld uit de productiekostprijs van de afzonderlijke onderdelen alsmede de kosten van assemblage.De uiteindelijke verkoopprijs wordt bepaald door de productiekostprijs van het geassembleerde product met diverse factoren (overheadfactoren en winstfactor) te vermenigvuldigen.Het machine-uurtarief is berekend door de som van de jaarlijkse afschrijvingskosten, rentekosten, onderhoudskosten en huisvestingskosten te delen door het geschat aantal netto bedrijfsuren per jaar, en dit bedrag te vermeerderen met de variabele kosten per uur. De keuze van de meest geschikte fabricagemethode en productiemiddelen is in het algemeen een proces van kosten optimalisatie. Het uiteindelijk resultaat blijkt sterk afhankelijk van de te vervaardigen seriegrootte.

Deel III - Opdrachten

9.6 Opdrachten

Opdracht 9.6.1Maak op basis van de leerstof beschreven in Hoofdstuk 3 van het TUD-dictaat, al een voorzichtige schatting van de kostprijs van de WIRI-kap.

Opdracht 9.6.2Voor een spuitgietmachine met een maximaal “shot”-gewicht van 5 kg en een maximale sluitkracht van 10 MN zijn de volgende gegevens van toepassing:

Investering (incl. opstellingskosten) E 450.000,- Bezetting in aantal ploegen per dag 3 Afschrijfperiode 5 jaar Restwaarde na 5 jaar verwaarloosbaar Netto aantal bedrijfsuren per jaar 4800 Rentepercentage 12% Onderhoudskosten per jaar 6% Energiekosten per ploeg per jaar 4% Benodigde bruto vloeroppervlak 80 m2

“Vierkante meter prijs” per jaar E 125,-

Bereken het machine-uurtarief van de betreffende machine

Op de spuitgietmachine moet een kist van 750x600x300 mm met een wanddikte van 2.5 mm uit slagvast PS vervaardigd worden. Verder zijn de volgende gegevens van toepassing:

Productmassa 3.1 kg Materiaalkosten per kg E 1.25,-


Mens-uurtarief machinebediende E 18,-/uur Mens-uurtarief machinesteller E 24,-/uur Insteltijd (éénmalig) 10 uur Gemiddeld aantal producten per uur 80 Matrijskosten E 100.000,- Uitvalpercentage 1% Overheadkosten productiefaciliteiten 15%

Bereken de productie kostprijs van het betreffende product als de totaalserie 25000 stuks bedraagt.

Indien van de polystyreenkist alleen een proefserie van bijv. 20 stuks vervaardigd moet worden dan zal spuitgieten veel te duur zijn. Geef aan welke kunststofverwerkingstechniek hiervoor dan veel geschikter zal zijn en vermeld tevens welke van de kostprijsbepalende factoren nu duidelijk hoger resp. duidelijk lager zullen liggen als bij het spuitgieten.

Opdracht 9.6.3Gebruik de inmiddels opgedane kennis voor een productiekostenanalyse van de WIRI-kap, maak hierbij gebruik van de productiekosten calculatiesheet zoals die in de bijlage van dit hoofdstuk is gegeven. De programmatuur wordt in overleg met de docent verstrekt.

Voer de analyse uit voor de WIRI-kap vervaardigd d.m.v. het spuitgietproces Voer de analyse uit voor de WIRI-kap vervaardigd d.mv. draaien en frezen (zoals de WIRI-

kap vroeger op de HD werd vervaardigd).


Bijlage


Caseboek_matrijs

Documents

Transcript of Caseboek_matrijs