Overwegingen bij materiaalkeuze bij de productie van precisiemechanische componenten
Overwegingen op basis van serviceprestaties
Sterkte en hardheid: de selectie is gebaseerd op de serviceomgeving en draaglast- van het onderdeel. Krukassen van motoren, die aanzienlijke wisselende belastingen ondergaan, zijn bijvoorbeeld vaak gemaakt van gelegeerd staal met hoge{2}}sterkte, zoals 40Cr, om vervorming en breuk onder complexe langdurige- spanningsomstandigheden te voorkomen. Snijgereedschappen voor het bewerken van materialen met hoge-hardheid worden daarentegen doorgaans gemaakt van gecementeerde carbiden, die een extreem hoge hardheid en slijtvastheid bieden, waardoor een scherpe snijkant wordt gegarandeerd.
Slijtvastheid: Voor componenten die in wrijvingsomgevingen werken, zoals tandwielen en lagers, zijn materialen met een goede slijtvastheid essentieel. Tandwielen in transmissies van auto's zijn bijvoorbeeld meestal gemaakt van carboneerstaal zoals 20CrMnTi. Na het carbureren en afschrikken bereiken deze tandwielen een hoge oppervlaktehardheid en slijtvastheid, waardoor de slijtage tijdens de transmissie wordt verminderd en de levensduur wordt verlengd.
Corrosiebestendigheid: Componenten die worden blootgesteld aan vochtige, zure of alkalische omgevingen, zoals kleppen en leidingen in chemische apparatuur, vereisen corrosie-bestendige materialen. 316L roestvrij staal, met zijn uitstekende corrosieweerstand en weerstand tegen intergranulaire corrosie, kan bijvoorbeeld stabiele prestaties behouden in agressieve chemische omgevingen.
Thermische stabiliteit: Componenten die in omgevingen met hoge- temperaturen werken, zoals turbinebladen in vliegtuig-motoren, hebben materialen nodig met een goede thermische stabiliteit. Op nikkel-gebaseerde superlegeringen, bekend om hun superieure sterkte bij hoge- temperaturen, weerstand tegen oxidatie en weerstand tegen hete corrosie, worden vaak gebruikt voor turbinebladen. Deze materialen behouden hun vorm en prestaties bij hoge temperaturen, waardoor de normale werking van de motor wordt gegarandeerd.
Overwegingen op basis van bewerkbaarheid
Snijprestaties: Om de efficiëntie en kwaliteit van de bewerking te verbeteren, moeten materialen goede snijeigenschappen hebben. Vrijsnijdende staalsoorten (zoals Y12 en Y15) worden bijvoorbeeld verbeterd door het toevoegen van elementen als zwavel en lood, waardoor de gereedschapsslijtage en de snijkrachten worden verminderd en de spaanbreuk tijdens de bewerking wordt verbeterd, waardoor de efficiëntie en de oppervlaktekwaliteit toenemen.
Prestaties smeden: Voor onderdelen die gesmeed moeten worden, is de smeedbaarheid van het materiaal cruciaal. Aluminiumlegering 6061 heeft bijvoorbeeld een goede smeedbaarheid en kan in warme toestand gemakkelijk worden vervormd om na het smeden complex-gevormde componenten te vormen met verbeterde mechanische eigenschappen.
Lasprestaties: Wanneer componenten door middel van lassen moeten worden geassembleerd, moeten materialen met een goede lasbaarheid worden gekozen. Q235-staal heeft bijvoorbeeld uitstekende laseigenschappen en is minder gevoelig voor defecten zoals scheuren en porositeit tijdens het lassen, waardoor de sterkte en afdichting van de lasverbindingen wordt gewaarborgd. Het wordt veel gebruikt in verschillende gelaste structurele componenten.
Warmtebehandelingsprestaties: Veel mechanische precisiecomponenten vereisen een warmtebehandeling om de gewenste eigenschappen te bereiken. 45-staal kan bijvoorbeeld een goede combinatie van sterkte en taaiheid bereiken door middel van afschrikken en ontlaten. Een strikte controle van de warmtebehandelingsparameters is echter noodzakelijk om vervorming en scheuren te voorkomen.
Overwegingen op basis van kosten
Materiaalkosten: Binnen de beperkingen van het voldoen aan de service- en bewerkingsvereisten zijn de materiaalkosten een belangrijke factor. Voor algemene mechanische componenten met lagere prestatie-eisen, zoals mechanische beugels en behuizingen, kunnen goedkopere koolstofstaalsoorten zoals Q235 worden gebruikt. Voor kritieke componenten in toepassingen met hoge-prestaties, zoals onderdelen voor de lucht- en ruimtevaart, zijn daarentegen hoogwaardige, speciale materialen nodig, ondanks de hoge kosten ervan.
Bewerkingskosten: Verschillende materialen hebben verschillende bewerkingsproblemen en -kosten. Materialen met hoge-prestaties, zoals titaniumlegeringen, zijn weliswaar superieur qua prestaties, maar vormen een uitdaging en zijn duur om te bewerken. Bij het selecteren van materialen moeten zowel de materiaal- als de bewerkingskosten uitgebreid worden geëvalueerd. Voor grote productievolumes kunnen kosteneffectieve materialen met geoptimaliseerde bewerkingsprocessen de totale kosten verlagen.
Levensduur-Cycluskosten: Het kiezen van materialen met goede prestaties en een lange levensduur kan hogere initiële kosten met zich meebrengen, maar kan in de loop van de tijd de vervangingsfrequentie en de onderhoudskosten verminderen, waardoor de totale levensduur-kosten worden verlaagd. Het gebruik van lagermaterialen van hoge-kwaliteit in grootschalige- apparatuur kan bijvoorbeeld hogere aanschafkosten met zich meebrengen, maar kan de onderhoudsintervallen aanzienlijk verlengen en de operationele efficiëntie verbeteren, wat resulteert in lagere totale kosten.
Andere overwegingen
Beschikbaarheid van materiaal: Geef prioriteit aan materialen die direct op de markt verkrijgbaar zijn om een continue productie te garanderen. Speciale materialen, zoals bepaalde zeldzame metaallegeringen, hebben mogelijk beperkte aanvoerkanalen en lange inkoopcycli, wat de productieschema's beïnvloedt. Houd bij het selecteren van materialen rekening met hun beschikbaarheid en kies alternatieven die gemakkelijker toegankelijk zijn en stabiel in het aanbod.
Milieuvereisten: Met het toenemende milieubewustzijn worden de milieuprestaties van materialen steeds belangrijker. Houd bij het selecteren van materialen rekening met hun impact op het milieu tijdens productie, gebruik en verwijdering. Vermijd bijvoorbeeld materialen die schadelijke stoffen zoals lood, kwik en cadmium bevatten, en kies recycleerbare materialen om de milieuvervuiling tot een minimum te beperken.
Standaardisatie en generalisatie van materialen: Om het ontwerp, de productie en het onderhoud van componenten te vergemakkelijken, verdient materialen met een hoge standaardisatie en generalisatie de voorkeur. Dit vermindert de verscheidenheid en specificaties van materialen, verlaagt de voorraadkosten en verbetert de productie-efficiëntie. Gestandaardiseerde materialen hebben ook meer volwassen verwerkingstechnieken en kwaliteitsnormen, die de productkwaliteit helpen garanderen.
