3 Het ontwerp van de matrijs

Inhoudsopgave
1 Inleiding................................................................................................ 2
2 Ontwerp keuze ..................................................................................... 3
3 Het ontwerp van de matrijs ................................................................... 5
3.1 De ontwerpen ................................................................................. 5
3.2 De uitstoters ................................................................................... 6
3.3 De uiteindelijke matrijs ................................................................... 7
4 Materiaalkeuze ..................................................................................... 8
5 Moldflow ............................................................................................. 10
6 Structures........................................................................................... 14
7 Nawoord............................................................................................. 15
Literatuur ............................................................................................... 16
Bijlagen ................................................................................................. 17
1 Schets ontwerpen ........................................................................... 17
2 Uiteindelijke model .......................................................................... 24
3 Combinaties .................................................................................... 29
1 Inleiding
Spuitgieten is zonder twijfel de meest gebruikte vormgevingstechniek voor
kunststoffen. Het levert kunststof artikelen met een hoge precisie en, voornamelijk bij
grote aantallen, lage kosten.
Spuitgieten gebeurt over het algemeen bij dunwandige producten. Toch is deze
opdracht zo geformuleerd om dikwandig te gaan spuitgieten. De bedoeling is dat er
een bouwsteen wordt gemaakt.
Deze bouwsteen mag in 2 verschillende soorten polymeren worden gespuitgiet.
Verder is er redelijk veel vrijheid in de opdracht, er moet alleen voor gezorgd worden
dat het logo van de groep in de bouwsteen zit verwerkt. Natuurlijk moet er ook
rekening worden gehouden met de maten van de machine waarin het blokje
uiteindelijk gemaakt zal worden.
Het doel voor deze casus is dat er een matrijs ontwikkeld wordt voor het blokje dat
aan de hand van bovenstaande eisen is ontwikkeld.
In dit verslag zal eerst worden behandeld waarom er is gekozen voor het door ons
ontworpen blokje en de bijbehorende matrijs. Daarna wordt er ingegaan op welk
materiaal er gekozen is om het blokje mee te spuitgieten. Dit omdat een verkeerde
materiaalkeuze ervoor kan zorgen dat het blokje niet meer in elkaar past en zijn
functie als bouwsteen verliest. Verder zal er aandacht worden besteed aan het
programma moldflow wat informatie geeft over hoe de materialen krimpen en hoe de
matrijs volloopt met polymeer.
Omdat er bij dit blokje voor een gat-pin verbinding gekozen is om de verschillende
bouwstenen aan elkaar te koppelen, wordt er voor de nawoord nog aandacht
besteed aan de krachten die op dit pinnetje gaan werken. Zodat de bouwstenen ook
zonder problemen aan elkaar gekoppeld kunnen worden.
Faculteit Werktuigbouwkunde – OGO casus 2.A – Casus Ontwerpen in Polymere Materialen
2
2 Ontwerp keuze
Voor het ontwerpen van de bouwsteen zijn eerst verschillende schetsen gemaakt. Er
zijn ideeën op papier gezet en daarna zijn er langzaam steeds meer eisen aan het
product gesteld. Een aantal van deze eisen zijn gegeven, namelijk:
Het blokje moet het logo van de groep bevatten (Groep 2).
De matrijs moet binnen bepaalde maten blijven zodat hij in de spuitgietmachine past,
waar hij in gemaakt moet worden.
Het zou leuk zijn als de bouwsteen op veel verschillende manieren aan elkaar
gemaakt kan worden, want dan kan men door blijven bouwen.
Na een aantal schetsen, die ook te zien zijn in de bijlage (figuur B1 tot figuur B9),
kwam al snel het idee van een Romeinse twee (II). Deze twee, getekend in figuur 1,
beeld goed het logo van de groep uit en zou binnen de maten van
de machine te maken zijn.
Ook is het mooi om het blokje te maken van 2 verschillende soorten
materialen, omdat dit binnen de mogelijkheden van de
spuitgietmachine zit. Het middelste gedeelte, wat in figuur 1 paars is
getekend, wordt daarom met een
Figuur 1: Blokje
doorzichtig polymeer gespoten. En de
hele Romeinse twee wordt met een ondoorzichtig
materiaal gespoten zodat de II duidelijker zichtbaar is.
De maten van het blokje geven nog al wat beperkingen
bij de te maken combinaties. Als de hoogte van het
middenstuk bijvoorbeeld niet meer 3 cm wordt maar 2
cm, dan is combinatie 3 zoals in figuur B26 uit de
bijlage niet meer mogelijk. Ook de verbindingen tussen
de blokjes spelen hier een grote rol in.
De combinaties die met dit ontwerp te maken zijn, die te Figuur 2: Blokje met afmetingen
in cm
zien zijn in de bijlage (figuur B24 tot figuur B28), zijn
verder uitgewerkt. Na wat gepuzzel is er gekozen voor
de maten die te zien zijn in figuur 2 (zie ook figuur B10 in de bijlage voor een meer
gedetailleerde afbeelding). Op deze manier ontstaat er het Romeinse teken twee in
goede verhoudingen. Ook kunnen er met deze afmetingen tegelijkertijd twee blokjes
gemaakt worden in de machine.
Figuur 3: De gat/pinconfiguratie. Zwart is een
pinnetje, wit is een gaatje.
Het eerste idee voor de verbindingen tussen de blokjes
was een gat-pin constructie.
Alleen als er steeds naast ieder gat een pin zou zitten, zijn
niet alle combinaties mogelijk. Daardoor zijn er ook
ideeën ter sprake gebracht waarin andere
verbindingsmogelijkheden gebruikt worden. Zoals een
zwaluwstaart verbinding of zuignapjes. Maar als er voor
de zwaluwstaart verbinding gekozen zou worden, dan zijn
er nog minder combinaties mogelijk waardoor deze al snel
afgevallen is. Met zuignapjes is wel alles mogelijk. Verder
is er ook bedacht dat door aan ieder zijvlak een pinnetje
minder en een gaatje meer te maken (zoals in figuur 3),
Faculteit Werktuigbouwkunde – OGO casus 2.A – Casus Ontwerpen in Polymere Materialen
3
wel alle combinaties mogelijk zijn.
Het gat-pin idee is verder uitgewerkt omdat zuignapjes op de langere termijn
waarschijnlijk minder goed of niet meer zouden functioneren. Bovendien zijn ze ook
vrij lastig te maken in onze twee.
Er is bedacht hoe de gaten en pinnen gemaakt konden worden. (Zie ook hoofdstuk
matrijsontwerp)
Nu alles mogelijk is, is er gekozen voor dit ontwerp (zie ook figuur 4 voor een
computer 3D model)
Figuur 4: Computer 3D model van het blokje
Faculteit Werktuigbouwkunde – OGO casus 2.A – Casus Ontwerpen in Polymere Materialen
4
3 Het ontwerp van de matrijs
3.1 De ontwerpen
Om het product te kunnen produceren moet er natuurlijk
eerst een realiseerbare matrijs worden ontworpen. Het
eerste waar aandacht aan besteed moet worden is de
manier waarop de pinnetjes en de gaten gemaakt worden.
Dat is namelijk het lastigste onderdeel van de matrijs.
Om ervoor te zorgen dat de pinnetjes goed in de gaten
blijven zitten moet er aan de bovenrand van elk pinnetje en
aan de onderkant van elk gat respectievelijk een verdikking
en een uitsparing komen. Hierdoor is een ingewikkelder
systeem nodig.
Een manier om de pinnetjes te maken is door eerst een
kern uit het pinnetje te trekken (zie figuur 5), waarna het
pinnetje de ruimte heeft om naar binnen te veren als de rest
van de matrijs over het pinnetje wordt weggetrokken.
Figuur 5: Kern pinnetje
voor in de matrijs
Voor de gaten is vervolgens ongeveer hetzelfde principe
gebruikt. Eerst wordt er een kern wegtrokken, waarna de
rest van de matrijs ook kan worden weggeschoven omdat
er weer ruimte aan de binnenkant is om vrij te kunnen
bewegen. In eerste instantie is gekozen voor een kruis
met daar omheen vier partjes (zie figuur 6). Als de kern
wordt weggetrokken kunnen de partjes naar binnen veren
en ook worden verwijderd. Omdat het blokje echter gaten
bevat met een kleine diameter, worden de partjes erg
smal. Bij de hoge temperatuur en druk waarmee het
product wordt gespuitgiet, worden de fragiele partjes
echter snel vervormd. Dat is
natuurlijk niet de bedoeling,
dus moet er een nieuwe
methode bedacht worden.
Uiteindelijk is er besloten om
een ring om de gaten heen te
maken zodat het materiaal om
Figuur 6: Boven- en
het gat heen nu enige ruimte
vooraanzicht van het kruis met
heeft om uit te wijken,
de vier partjes
waardoor ook de kern kan
worden verwijderd. De ring (zie figuur 7) wordt
weggetrokken als het polymeer gestold is. Het gat wordt
vervolgens gemaakt met een kern bestaande uit slechts
één stuk, in plaats van de vijf stukken van het vorige
idee.
Figuur 7: Boven- en
vooraanzicht van de kern en
de ring
Faculteit Werktuigbouwkunde – OGO casus 2.A – Casus Ontwerpen in Polymere Materialen
5
De stukken matrijs die de pennen en gaten
produceren (die de naam ‘sliders’ hebben
gekregen, omdat ze naar buiten schuiven voordat
het product wordt uitgestoten) zijn te zien in figuur
8. Het paar sliders wat hier te zien is, is één van
de vier paar in de matrijs.
3.2 De uitstoters
De spuitgietmachine waar de matrijs voor is
ontworpen heeft in totaal vier uitstootpennen. Eén
pin in het midden die apart kan worden bediend en
drie pinnen aan de onderkant die niet apart, maar
wel in hun geheel kunnen worden bediend. De
matrijs heeft bescheiden afmetingen en is te klein
om gebruik te kunnen maken van de derde en
onderste uitstootpen.
De middelste pen wordt gebruikt voor het
uitstoten van de runners en de onderste pennen
worden gebruikt voor het uitstoten van het
product.
Figuur 8: Stukken matrijs die de pennen
en gaten produceren (de ‘sliders’)
Het uitstootmechanisme van de runners is
relatief eenvoudig. Op meerdere plekken van de
runner zijn uitstootpennen geplaatst en deze zijn
met elkaar verbonden door middel van een
frame. De uitstootpen van de machine duwt
tegen het frame waardoor alle daaraan
verbonden pennen ook naar voren bewegen en
de runners uitstoten (zie figuur 9).
Het uitstootmechanisme van het product is iets
minder eenvoudig. Als de uitstootpennen van de
machine tegen het uitstootmechanisme duwen,
worden dankzij de schuin geplaatste pennen
eerst de kleine blauwe sliders in figuur 10 van
het product weggeschoven. Deze
stoten vervolgens tegen de grotere
groene sliders waardoor ze samen
nog verder van het product af
schuiven. Als deze sliders ver
genoeg van het product verwijderd
zijn, zodat de pinnetjes en gaten
volledig vrij zijn, dan stoot het
uitstootmechanisme tegen de
uitstoters die recht op het blokje
gepositioneerd zijn en wordt het
blokje uitgestoten.
Figuur 9: De uitstootpennen van de runners
Figuur 10: Het uitstootmechanisme van het product
Faculteit Werktuigbouwkunde – OGO casus 2.A – Casus Ontwerpen in Polymere Materialen
6
Om te voorkomen dat de sliders tijdens het spuitgieten naar buiten worden gedrukt
door de grote kracht waarmee het polymeer de matrijs in wordt geperst, zijn er aan
de bovenkant van de voormatrijs twee wiggen aangebracht die voorkomen dat de
sliders naar buiten kunnen bewegen. Als de matrijs gedraaid is hebben de sliders
deze ondersteuning niet, omdat ze anders niet open kunnen gaan. Dit zou geen
probleem mogen zijn, want de kracht op de sliders is daar ook veel kleiner.
3.3 De uiteindelijke matrijs
Dit alles heeft geleid tot het matrijsontwerp dat te zien is in figuur 11. Met de matrijs
worden steeds twee blokjes tegelijkertijd geproduceerd. De werking van deze matrijs
is als volgt: Bovenin wordt het grootste (gele) deel van het product gespuitgiet en
krijgt het tijd om te stollen. De matrijs gaat open, de runners worden uitgestoten en
het voltooide product onderin de matrijs wordt uitgestoten. Vervolgens draait de
matrijs 180 graden, gaat weer dicht en het doorzichtige midden (in figuur 11
donkergroen) wordt gespuitgiet. De matrijs gaat weer open, de runners en het
product worden uitgestoten en de matrijs draait weer zodat het volgende product kan
worden gemaakt.
Een kanttekening bij dit ontwerp is dat de sliders niet ver genoeg kunnen uitwijken
om te garanderen dat het blokje heel uitgestoten wordt.
Figuur 11: Het uiteindelijke matrijs ontwerp
Faculteit Werktuigbouwkunde – OGO casus 2.A – Casus Ontwerpen in Polymere Materialen
7
4 Materiaalkeuze
Nadat het definitieve ontwerp vast stond moet nog een geschikte kunststof
geselecteerd worden. De verschillende soorten kunststoffen vallen uiteen in twee
hoofd categorieën: de thermoharders en de thermoplasten. Binnen deze categorieën
zijn er weer verdere onderverdelingen.
Thermoharders zijn kunststoffen die in de matrijs een chemische reactie aangaan.
Hierdoor zijn ze moeilijk te verwerken, maar nog nadeliger zijn de nabewerkingen die
deze producten vergen (afbramen etc.).
Er moet dus gekeken worden naar de thermoplasten. De kunststoffen in deze
categorie vallen uiteen in kristallijnen, semi-kristallijnen en amorfe kunststoffen. Bij de
eerstgenoemde vormt het materiaal een perfect kristalrooster zoals men dat kent van
bijvoorbeeld natriumchloride. Twee belangrijke kunststoffen in deze groep zijn
polyethyleen en polyamide. De amorfe kunststoffen vormen daarentegen geen
repeterende structuren. De zeer complexe opbouw van de losse moleculen, waaruit
het kunststof bestaat, belemmeren de vorming van een kristalrooster.
De semi-kristallijnen kunststoffen hebben een minder complexe molecuul bouw dan
amorfe. Het materiaal vormt deels kristalstructuren, zoals bij de
kristallijnenkunstoffen, welke omringd worden door de losse moleculen van het semikristallijnen kunststof.
Voor het ontworpen product moet de buitenkant uit een stevige en slijtvaste kunststof
bestaan en bij voorkeur moet de binnenkant transparant zijn om het product te laten
lijken op de Romeinse twee. Ook moet het bestand zijn tegen veelvuldig rekken en
krimpen. Deze belasting wordt veroorzaakt door de verbinding die de individuele
blokken met elkaar hebben. Veelvuldig gebruik van dit product kan krassen
veroorzaken, daarom moet het materiaal zeker ook krasbestendig zijn.
Omdat het middelste gedeelte van het product transparant moet zijn, kan het beste
een amorfe kunststof toegepast worden omdat diverse amorfe kunststoffen
glashelder zijn. Bijkomend voordeel van de amorfe materialen is dat ze goed aan
elkaar hechten, om deze reden wordt ook voor de buitenkant naar een amorf
materiaal gezocht.
Voor de binnenkant is uit de amorfe groep PS gekozen, en voor de buitenkant ABS.
Omdat beide materialen op styreen gebaseerd zijn, PolyStyreen en AcrylonitrilButadieen-Styreen, zal de bindingssterkte door gezamenlijk styreen groepen
toenemen. Verder zijn het relatief goedkope materialen (grote hoeveelheden van
deze materialen worden gebruikt in automotive, speelgoed etc.) die ook aan de
gestelde eisen voldoen.
Een van de lastigste parameters in het spuitgietproces is de krimpfactor. In figuur 12
staat een grafiek waarin het volume tegen de temperatuur is uitgezet. Een amorf
materiaal volgt de lijn ABDE. Uit de grafiek is ook zeer duidelijk de kristalvorming van
kristallijnen materialen te zien. De lijn BC gaat op de smelttemperatuur kaarsrecht
naar beneden. Op dit punt worden de kristallen gevormd waardoor de moleculen
vanwege de strakkere organisatie minder volume nodig hebben.
Een semi-kristallijn materiaal zal tussen de kristallijn en de ABDE lijn in liggen.
Wat in dit figuur duidelijk wordt is dat het materiaal, na het vormen in de matrijs, in
volume afneemt naarmate de temperatuur afneemt.
Faculteit Werktuigbouwkunde – OGO casus 2.A – Casus Ontwerpen in Polymere Materialen
8
Ook valt in het figuur te zien dat een
amorf materiaal minder krimp vertoont
dan een semi-kristallijn of kristallijn
materiaal. Verder is het ook zo dat bij
kristallijnen of semi-kristallijnen
materialen de krimprange groter is ten
opzichte van amorfe materialen.
Hierdoor is de voorspelbaarheid van de
krimp bij amorfe materialen
nauwkeuriger. Echter blijft deze krimp
Figuur 12: Volume uitgezet tegen temperatuur.
een moeilijk voorspelbare factor en is
onder andere afhankelijk van de inspuitdruk, temperatuur, wanddikte en
injectiesnelheid. Waarden voor deze krimp zijn dan ook niet exact te berekenen en in
sterke mate productafhankelijk. Voor het materiaal ABS mag desondanks gerekend
worden met een krimp van 0.4 tot 0.6 procent en voor polystyreen 0.5 tot 0.7 procent
krimp.
Onder andere met het simulatieprogramma zal een beter krimpgedrag voor het
specifieke product gevonden worden.
Omdat het product niet erg groot is zal de krimp niet opvallen, echter kan het wel
nadelige gevolgen hebben voor de verbinding. De krimp moet dus binnen de perken
gehouden worden, anders vallen de verschillende producten van elkaar of zijn ze, in
het andere uiterste, niet meer uit elkaar te halen.
Faculteit Werktuigbouwkunde – OGO casus 2.A – Casus Ontwerpen in Polymere Materialen
9
5 Moldflow
Met het eindige elementen pakket Moldflow kunnen spuitgietprocessen worden
gesimuleerd, om deze vervolgens te analyseren en te optimaliseren.
Voor de simulatie van het spuitgietproces van de bouwsteen moet een aantal
instellingen worden gedaan. Het programma deelt het dikwandige product op in
allerlei ruimtelijke driehoeken waar vervolgens de berekeningen op worden
losgelaten. Het kiezen van de juiste grootte van de driehoeken is van groot belang
aangezien het veel invloed heeft op de betrouwbaarheid van de resultaten. Bij een
grote afmeting van deze driehoeken kan er een snelle maar relatief weinig
betrouwbare simulatie gedaan worden. Bij een kleine afmeting van de driehoeken
neemt de simulatie meer rekentijd in beslag, maar met betrouwbaardere resultaten.
Tussen deze twee punten moet een afweging gemaakt worden.
Door vervolgens gebruik te maken van een vrij grove berekening kunnen
verschillende materialen met elkaar vergeleken worden op onder andere
krimpgedrag en vulgedrag. Vervolgens kan er een materiaal gekozen worden op
grond van gunstige eigenschappen. En als laatste kan dat materiaal in meer detail
gesimuleerd worden.
De volgende vier materialen zijn in Moldflow
gesimuleerd:




Polystyreen 678
ABS 5500GPM
Polycarbonaat 141
Polypropyleen
Figuur 13: Jetting
Om deze 4 materialen te kunnen simuleren moet er eerst een aanspuitlocatie voor
het polymeer en eventueel het gas worden gekozen. Het product zal vanaf onder
worden aangespoten. Als het namelijk van bovenaf wordt aangespoten, ontstaat
onderin het product gemakkelijk jetting. In figuur 13 is een afbeelding te zien van
jetting. Dit heeft als nadeel dat de sterkte van het materiaal drastisch afneemt,
bovendien geeft het ook geen mooi egaal oppervlak. We moeten wel rekening
houden met het feit dat Moldflow jetting niet simuleert.
Daarnaast is het belangrijk vanaf onder aan te spuiten als er tevens gebruik wordt
gemaakt van gasinjectie. De gasinjectie moet namelijk vanaf onder worden gedaan
aangezien zich hier het polymeer ophoopt. Om dan complicaties met de aanspuiting
te voorkomen, dient de aanspuiting van het polymeer ook vanaf onder te gebeuren.
Faculteit Werktuigbouwkunde – OGO casus 2.A – Casus Ontwerpen in Polymere Materialen
10
Voor het middelste transparante blokje zijn twee simulaties uitgevoerd om zo de
vervormingen, als gevolg van afkoeling, tussen de polymeren polycarbonaat en
polystyreen te vergelijken. In figuur 14 en 15 zijn deze vervormingen te zien.
Hieruit blijkt dat polystyreen minder vervormt dan polycarbonaat.
Figuur 15: Vervorming van polycarbonaat
Figuur 14: Vervorming van polystyreen
Voor het niet transparante deel van het blokje is er een keuze gemaakt tussen de
polymeren polypropyleen en ABS. Om naar de verschillen in vervorming te kunnen
kijken zijn beide polymeren gesimuleerd. In figuur 16 is de vervorming van ABS te
zien en in figuur 17 de vervorming van polypropyleen. Uit deze figuren blijkt dat ABS
gunstiger is omdat het minder vervormt. Bij ABS ontstaat in enkele pinnetjes toch nog
een vervorming van ongeveer 0.9 mm, maar deze vervorming is moeilijk te vermijden
door de kleine dikte van de pinnetjes.
Figuur 16: Vervorming ABS
Figuur 17: Vervorming polypropyleen
Faculteit Werktuigbouwkunde – OGO casus 2.A – Casus Ontwerpen in Polymere Materialen
11
Gasinjectie is noodzakelijk bij het spuitgieten van producten met een dikte groter dan
6 mm. Aangezien het product een gemiddelde dikte heeft van 10 mm, is gasinjectie
essentieel voor het verkrijgen van een strak oppervlak. Na een simulatie van ABS
met een gasdruk van 10 MPa werd onderstaand resultaat (figuur 15) verkregen.
Deze gasbel is relatief klein doordat we gebruik hebben gemaakt van nadruk. De
nadruk is nodig om ook de pinnetjes en gaatjes goed gevuld te krijgen.
Figuur 15: Gasbel
Faculteit Werktuigbouwkunde – OGO casus 2.A – Casus Ontwerpen in Polymere Materialen
12
Na enkele simulaties waarbij gevarieerd is met onder andere de gasdruk, de nadruk
en het gasvolume is er een simulatie gevonden die aan de eisen voldoet. In figuur 16
is deze simulatie te zien. Het belangrijkste aspect aan deze simulatie is dat de
gaatjes en pinnetjes overal volledig worden gevuld.
Bij dit proces is een gasdruk gebruikt van ongeveer 10 MPa en is er gebruik gemaakt
van een nadruk. Het gas wordt na 1,16 seconden ingespoten en de uiteindelijke
vultijd komt dan op ongeveer 2,25 seconden uit.
Figuur 16: Vultijd ABS
Er moet bij alle behaalde resultaten binnen Moldflow wel rekening worden gehouden
met het feit dat het pakket Moldflow oorspronkelijk bedoeld is voor het simuleren en
analyseren van dunwandige producten. De betrouwbaarheid van de behaalde
resultaten bij dikwandige producten is dan ook over het algemeen lager dan bij
dunwandige producten.
Faculteit Werktuigbouwkunde – OGO casus 2.A – Casus Ontwerpen in Polymere Materialen
13
6 Structures
Nu het ontwerp voor het blokje en de matrijs definitief is, is er ook gekeken naar de
sterkte van de pinnetjes. De pinnetjes zullen bij het in elkaar klikken van twee blokjes
moeten buigen en het is niet de bedoeling dat de pinnetjes hierbij afbreken. Nu het
materiaal van het pinnetje bekend is, kan de belasting op het pinnetje worden
gesimuleerd met behulp van Unigraphics NX3.
Bij de simulatie wordt een kracht van 10 N op één helft van het pinnetje aangebracht.
De rest van het blokje krijgt vervolgens een bewegingsbeperking opgelegd. Het
model wordt vervolgens doorgerekend met behulp van het programma NX Nastran.
Uit deze simulatie volgen dan de verplaatsingen van het pinnetje en de daarbij
behorende spanningen.
Uit de simulaties is
gebleken dat de top van
het pinnetje een halve
millimeter opzij beweegt.
Dit is precies de helft van
de ruimte tussen de twee
helften, dus het
kliksysteem werkt
precies bij een kracht
van 10 N. Dit is ook te
zien in de figuur 17.
Nu het kliksysteem
werkt, blijft er nog één
vraag over. Kan het
pinnetje deze belasting
wel aan, zonder daarbij
af te breken? Uit de
simulatie blijkt dat de
grootste spanning in het
pinnetje 78 MPa is. Deze
spanning ligt boven de
vloeigrens van het
Figuur 17: Overdreven weergave van de uitwijking van het pinnetje
materiaal ABS. Deze
vloeigrens bedraagt
namelijk ca. 40 MPa. Het pinnetje zelf zal niet afbreken, aangezien hier een spanning
van 80 MPa voor nodig is. In het definitieve ontwerp van het blokje zullen de
pinnetjes iets minder dik worden gemaakt. Dit heeft namelijk een gunstig effect op de
spanning, waardoor het pinnetje de belasting van 10 N wel aankan. De krachten op
de pinnetjes zullen niet groter worden dan 10 N.
Faculteit Werktuigbouwkunde – OGO casus 2.A – Casus Ontwerpen in Polymere Materialen
14
7 Nawoord
De Romeinse twee is een bouwsteen die op vele manieren aan elkaar gekoppeld
kan worden. Dit geeft een leuk effect omdat men dan steeds andere bouwwerken
kan maken met hetzelfde blokje. Verder heeft het blokje geen grote afmetingen
waardoor het mogelijk is om 2 stuks tegelijk te maken in de matrijs. De koppeling van
de verschillende bouwstenen gebeurt door middel van een gat pin constructie. In
principe zitten twee blokjes al aan elkaar vast als één pin in een gat zit, het is echter
steviger als er minstens 2 pinnen vast zitten.
Het materiaal wat gekozen is voor de buitenkant van de twee is ABS. Voor de
binnenkant is gekozen voor het doorzichtige polystyreen. Omdat dit allebei amorfe
materialen zijn zullen ze goed hechten waardoor het blokje in het midden dicht is,
maar nog steeds eruit ziet als een Romeinse twee.
De krachten die op de pinnetjes werken worden opgevangen door vrij dunne
pinnetjes te gebruiken zodat de spanning niet te groot wordt.
De matrijs zorgt dat het blokje volledig te spuitgieten is. De enige kanttekening die er
gemaakt kan worden is dat als het blokje uitgestoten wordt er eventueel een pinnetje
kapot kan gaan. Daarom moeten de sliders in een eventuele realisatie verder naar
buiten gaan, dan zal er niets kapot gaan.
Faculteit Werktuigbouwkunde – OGO casus 2.A – Casus Ontwerpen in Polymere Materialen
15
Literatuur
Callister, William D. Jr., Materials science and engineering an introduction, Wiley &
Sons, Inc. 2007 seventh edition
Van der Vegt, A.K., Govaert, L.E., Polymeren van keten tot kunststof, VSSD 2005
vijfde druk
Domininghaus, Hans, Die Kunststoffe und ihre Eigenschaften, VDI-Verlag GmbH
1986 zweite neubearbeitete und erweiterte Auflage
Menges Georg, Mohren, Paul, Anleitung für den Bau van Spritzgieβwerkzeugen,
Carl Hanser Verlag München 1983 zweite völlig überarbeitete und erweiterte Auflage
Faculteit Werktuigbouwkunde – OGO casus 2.A – Casus Ontwerpen in Polymere Materialen
16
Bijlagen
1 Schets ontwerpen
Figuur B1: Ontwerpschetsen
Figuur B2: Ontwerpschetsen
Faculteit Werktuigbouwkunde – OGO casus 2.A – Casus Ontwerpen in Polymere Materialen
17
Figuur B3: Ontwerpschetsen
Figuur B4: Ontwerpschetsen
Faculteit Werktuigbouwkunde – OGO casus 2.A – Casus Ontwerpen in Polymere Materialen
18
Figuur B5: Ontwerpschetsen
Faculteit Werktuigbouwkunde – OGO casus 2.A – Casus Ontwerpen in Polymere Materialen
19
Figuur B6: Ontwerpschetsen
Faculteit Werktuigbouwkunde – OGO casus 2.A – Casus Ontwerpen in Polymere Materialen
20
Figuur B7: Ontwerpschetsen
Faculteit Werktuigbouwkunde – OGO casus 2.A – Casus Ontwerpen in Polymere Materialen
21
Figuur B8: Ontwerpschets
Faculteit Werktuigbouwkunde – OGO casus 2.A – Casus Ontwerpen in Polymere Materialen
22
Figuur B9: Ontwerpschetsen
Faculteit Werktuigbouwkunde – OGO casus 2.A – Casus Ontwerpen in Polymere Materialen
23
2 Uiteindelijke model
Figuur B10: Het uiteindelijke model met de maten aangeven in mm
Faculteit Werktuigbouwkunde – OGO casus 2.A – Casus Ontwerpen in Polymere Materialen
24
Figuur B11: 3D schets met pinnetjes en gaten erin
Figuur B12: Vooraanzicht uiteindelijke model
Faculteit Werktuigbouwkunde – OGO casus 2.A – Casus Ontwerpen in Polymere Materialen
25
Figuur B13: Boven/onder aanzicht uiteindelijke model
Figuur B14: Linkerzij aanzicht uiteindelijke model
de pinnetjes zijn de kleine rondjes, de gaten de
grotere met het zwarte rondje in het midden.
Figuur B15: Rechterzij aanzicht uiteindelijke
model
Faculteit Werktuigbouwkunde – OGO casus 2.A – Casus Ontwerpen in Polymere Materialen
26
Figuur B16: Het pinnetje in 3D geschetst
Figuur B18: Vooraanzicht pinnetje
Figuur B17: Zijaanzicht pinnetje
Figuur B19: Bovenaanzicht pinnetje
Figuur B20: Het gaatje in 3D geschets
Figuur B21: Vooraanzicht gaatje
Figuur B22: Zijaanzicht gaatje
Figuur B23: Bovenaanzicht gaatje
Faculteit Werktuigbouwkunde – OGO casus 2.A – Casus Ontwerpen in Polymere Materialen
28
3 Combinaties
(de combinaties waarbij één pinnetje in een gat zit en verder geen verbinding meer, zijn niet
meegenomen):
Figuur B24: Combinatie 1, verschillende pinnetjes en
gaatjes in elkaar.
Figuur B25: Combinatie 2, altijd vier pinnetjes in een
gaatje
Figuur B26: Combinatie 3, verschillende pinnetjes en
gaatjes in elkaar. Soms kan het voorkomen dat er maar
één pinnetje in een gaatje zit. Anders altijd 2 pinnetjes
Figuur B27: Combinatie 4, altijd twee pinnetjes in
een gaatje
Figuur B28: Combinatie 5, altijd twee pinnetjes in
een gaatje
Faculteit Werktuigbouwkunde – OGO casus 2.A – Casus Ontwerpen in Polymere Materialen
29