Bij het vervaardigen van producten gebruiken we het liefst materiaal dat de uiteindelijke vorm zoveel mogelijk benadert. Hierdoor is het uiteindelijke product gemakkelijker te maken. Een pan is nu eenmaal gemakkelijker te maken van een plaat dan van een staaf. Zo’n vorm noemen we een halffabricaat. Er zijn veel verschillende vormen, zoals rond: vierkant, buis, profiel etc.

Het maken van halffabricaten kan op verschillende manieren. We onderscheiden hierin twee hoofdgroepen, namelijk: Het gietproces en het kneedproces.

Gietproces

Met een gietproces wordt een proces bedoeld waarbij vloeibaar materiaal in een vorm wordt gegoten en vervolgens wordt afgekoeld (gestold).

Er zijn vele gietmethoden, o.a.

• Coquille-gieten / Blokgieten
• Continu-gieten
• Zand-gieten
• Spuit-gieten
• Verloren-was-gieten
• Verloren-schuim-gieten

Zandgieten

Bij zandgieten wordt er een holte gemaakt in speciaal zand (mix van zand en klei). De holte heeft de vorm van het gewenste product. Vloeibaar metaal wordt in de holte gegoten en vult deze volledig. Na het stollen wordt het zand weggeslagen. Het gegoten product blijft over.

Veel wielen en motorcomponenten worden door middel van zandgieten gemaakt. Vaak worden ze gemaakt van gietijzer (staal met extra veel koolstof) of aluminium, maar andere metalen zijn ook mogelijk.

Stap 1: vullen van de vormkast met onderste modelhelft op de bodem.
Stap 2a: vormkast omkeren en 2^e vormkast erbovenop plaatsen.
Stap 2b: bovenste modelhelft en gietlopen plaatsen.
Stap 3: de 2^e vormkast vullen met zand
Stap 4: de 2^e vormkast optillen en de modelhelften en gietlopen verwijderen
Stap 5: de twee vormkasten op elkaar bevestigen
Stap 6:  vloeibaar metaal in holte gieten en laten stollen

Spuitgieten

Spuitgieten is een proces dat veel wordt toegepast bij kunststof en in mindere mate ook aluminium, zink en staal. In een stalen matrijs (mal), bestaande uit 2 helften, is een holte gemaakt die de vorm heeft van het gewenste product. Met behulp van een plunjer wordt vloeibare metaal in de holte geperst. Het vloeibare metaal vult de gehele holte. Na het stollen worden de twee matrijsholten van elkaar gescheiden en wordt het gestolde product verwijderd. Bij het spuitgieten van kunststof wordt granulaat (korrels kunststof) gebruikt dat in de spuitgietmachine zelf wordt gesmolten.

Kneedproces

Metaal gedraagt zich een beetje als deeg of klei. Je moet er wel veel meer kracht op uitoefenen, maar je kan het metaal vervormen door kneden en uitrollen. Meestal wordt het materiaal heet gestookt om het zachter te maken en taaier, waardoor het gemakkelijker te vervormen is. Echter, kneden kan ook koud worden uitgevoerd.

Er zijn verschillende kneedprocessen, zoals:

• Smeden
• Walsen
• Extruderen

Smeden

Het meest bekende kneedproces is smeden, zoals de smid duizenden jaren geleden al deed. Deze vorm van smeden noemen we ‘vrijsmeden’, omdat er geen of nauwelijks beperkingen zijn in de uiteindelijke vorm.  Het verhitte metaal werd op een aambeeld gelegd en met behulp van een hamer in vorm geslagen.

Grotere werkstukken worden machinaal gesmeed. Hierbij wordt het werkstuk op een aambeeld gelegd. De hamer is vervangen door een drukpers die op en neer gaat. Hierdoor wordt het hete metaal in vorm gedrukt. Onder andere assen met zeer grote diameters worden op deze manier gevormd. Omdat de assen niet volledig rond zijn, wordt er vaak na het smeden ‘geschild’. Hierbij draait de as rond en wordt met een beitel de buitenste laag van het materiaal gelijkmatig verwijderd.

Een andere vorm van smeden is ‘matrijssmeden’, waarbij materiaal in vorm worden gesmeed met behulp van matrijzen. Hierbij worden twee matrijshelften op elkaar gedrukt met daartussen een metalen plaatje of strip (we noemen dit een “blenk”). De matrijshelften hebben samen een holte die dezelfde vorm heeft als het uiteindelijke product.

Walsen

Walsen is één van de meest toegepaste processen om een (dunne) plaat of een band te maken. Hierbij wordt een dikke plak tussen twee walsrollen doorgehaald. De ruimte tussen de twee walsrollen is kleiner dan de dikke plak. Hierdoor wordt de plak dunner en veel langer, zonder breder te worden. Het wordt nu een band genoemd. De ruimte tussen de twee walsrollen kan worden aangepast waardoor elke banddikte kan worden gemaakt.

Door meerdere walsrollen achter elkaar te plaatsen kan in één beweging een dikke plak worden uitgewalst tot een dunne band. We spreken dan over een walsstraat. Afhankelijk van de fabriek kunnen walsstraten wel 800 meter lang zijn. Aan het einde van de straat bereikt de band een snelheid van wel 120 km/u. Met een walsproces kan niet alleen band worden gemaakt. Ook kunnen profielen, balken en staven worden gewalst. Het principe van het walsen blijft gelijk.

Bij het walsen wordt onderscheid gemaakt tussen warmwalsen en koudwalsen. De namen verraden het al, het verschil tussen beiden ligt in de temperatuur.

Bij warmwalsen wordt een plak staal met een hoge temperatuur tussen twee walsrollen doorgevoerd. Voor ongelegeerd staal ligt de temperatuur rond 1150 – 1250 °C. Voor aluminium liggen de temperaturen lager, rond 300 – 500 °C. De temperaturen zijn afhankelijk van de materiaalsoort. Door de hoge temperatuur is minder kracht nodig en is het materiaal beter te vervormen. Bovendien zorgt de hoge temperatuur voor de gewenste structuur en materiaaleigenschappen. Een nadeel van deze hoge temperatuur is dat er snel een oxidehuid ontstaat, de zogenaamde walshuid. De walshuid is een donkergrijze huid die eenvoudig afbrokkelt. Als je een warmgewalste plaat beet pakt, dan worden je handen vuil.

Bij koudgewalst staal ligt de temperatuur lager dan bij warmwalsen. Dit klinkt nogal overbodig om te zeggen, maar er zit een addertje onder het gras. Bij koudwalsen kan de temperatuur behoorlijk oplopen. Door het vervormen (walsen) wordt materiaal warm. Er moet zelfs gekoeld worden om te voorkomen dat de temperatuur te veel oploopt. Zonder koeling kan de temperatuur oplopen tot zo’n 500°C. Door het voldoende te koelen kan de temperatuur worden beperkt tot zo’n 70 – 90°C. Er ontstaat geen donkergrijze oxidehuid en je handen worden niet zwart als je het beetpakt. Vaak is koudgewalst staal geolied waardoor je handen wel vettig worden. Koud vervormen heeft als effect dat de (mechanische) eigenschappen veranderen. De hardheid en sterkte gaan omhoog, de rek gaat naar beneden

Trekken

Trekken is eigenlijk een vrij eenvoudig proces. Een staaf (rond, vierkant, rechthoek, etc.) wordt door een gat in de matrijs getrokken. Het gat is kleiner dan de afmeting van de staaf. Hierdoor wordt de staaf dunner en langer. Omdat er geen extra warmte wordt toegevoegd aan het proces noemen we het “koud trekken”.

Extruderen

Bij extruderen wordt heet metaal door een matrijs met een gat geperst. Het gat heeft de vorm van het uiteindelijke product. Het opmerkelijke is dat het metaal tijdens het proces niet vloeibaar is maar vast. Het proces lijkt sterk op wat kinderen doen met klei dat ze door een vorm drukken. Eigenlijk is dit ook een extrusieproces. Door extruderen kunnen zeer complexe profielen worden gemaakt.

Afhankelijk van het soort staal ligt de extrusie-temperatuur boven 1000°C. Bij aluminium veel lager, rond 300 – 600°C. Door de hoge temperatuur is het metaal beter te vervormen en dus ook beter te extruderen. Door een doorn in het gat te plaatsen kunnen ook buisprofielen worden geëxtrudeerd

Niet alleen metalen en kunststoffen kunnen worden geëxtrudeerd. We komen ook zeer veel geëxtrudeerde niet metalen producten tegen. Denk maar eens aan macaroni of Wokkels. Het deeg wordt door een vorm geperst en op lengte afgesneden. Dit is feitelijk ook een extrusieproces.

Dit hoofdstuk is onderdeel van onze opleiding, klik hier voor meer informatie

Wil u meer weten over de MCB Campus? download dan hier onze brochure