door Ellen Vaders | feb 29, 2016 | aluminium, aluminium advies, engineering, gieten, kneedlegering, legeringskeuze, plaat, verspanen
Aluminium toolingplate of wel dikke plaat wordt in de apparatenbouw en verspanende industrie veelvuldig toegepast. Maar er zijn heel veel soorten en maten.
1. Welke legeringen toolingplate zijn er zoal
2. Wat zijn de eigenschappen
3. Waar moet je op letten
4. Een EN AW-5083
5. Oppervlakte behandeling
foto: Reinold Tomberg
Welke legeringen toolingplate zijn er zoal
De legeringen voor aluminium toolingplate zijn divers. Zet je dus op tekening “toolingplate“ of “spanningsarme plaat” dan is je technische product data, TPD, onvolledig!
Toolingplate kan zowel gegoten als een gewalste (dikke) plaat zijn in verschillende legeringen. Ieder met zijn eigenaardigheden.
Voor toolingplate zijn er verschillende kwaliteiten/legeringen die gevoerd worden.
Voorbeelden zijn:
EN AW-7075 T651
EN AW-5083 (toestand vaak O of O3)
EN AW-6082 T651
EN AW-2017 T451
Maar ook de EN AW-2024, de EN AW 7021 T79, de EN AW-7019, en de EN AW-7022 zijn kwaliteiten die je tegenkomt.
Wat zijn de eigenschappen
Waar moet je op letten
Iedere legering presteert anders en heeft zijn eigen voor of tegen. Dat is niet anders in de vorm van dikke plaat. De eigenschappen van een legering worden in grote mate bepaald door de samenstelling én zijn mechanische eigenschappen, welke door de fabricageprocessen worden bepaald. Zoals dat voor alle kwaliteiten geldt.
Hierboven zie je de gegevens zoals door de norm voorgeschreven. Je mag ervan uitgaan dat een kwaliteit, met de juiste gespecificeerde aanduiding, deze waarden tenminste heeft. Er zijn echter heel veel variaties, met name doordat fabrieken in staat zijn door nauwkeurige procesvoering de kwaliteit en dus ook deze waarden verder te optimaliseren. Dit kost meer effort, maar voor specifieke toepassingen is dit van belang en dus rendabel. Zo zijn er speciale kwaliteiten voor defensie, vliegtuigbouw of bijvoorbeeld semiconductor apparatenbouw. Vaak worden deze middels een fabrieksnaam in de markt gezet.
Een aantal voorbeelden:
EN AW-2017: Aldur 570 # Avional-100 (Av-100) # Impalco 660 # Fortal 2017 A150 # Duralumin ZB 1/3 # WELDURAL
EN AW-5083:
# Planal 5083 # Alplan # ACP 5080 # G.AL C250 # Fibral # Alumold #Toolingplate AGP-5083
# Peraluman-460 (Pe-460) # Fortal 5083 # KS Seewasser 61.83 # Peraluman 152.460 # Top Form SPF # TopPlate® C of CM of RM # G.AL® C250 Aluminium Präzisionsplatte etc..
EN AW-6082:
# Aldur 533 # Anticordal-100 (Ac-100) # Korrofestal # Dekoral # Duranodic 2 # Fortal 6082 # Pantal 43
EN AW-7075:
# Planal 7075 # Perradur S # Constructal 20/74 # Duralumin Z6 # Fortal 7075 # Top Form UHS # HOKOTOL # G.AL® 7075GF
En dan zijn er nog andere de kwaliteiten zoals UNIDAL® (7019) & CERTAL®(7022) etc.
De EN AW-5083
Afhankelijk van de fabriek, waar bijvoorbeeld een EN AW-5083 materiaal gemaakt wordt, zijn de eigenschappen door de fabriek gegeven. In een bijgeleverd materiaalcertificaat lees je welke eigenschappen de batch precies heeft. Veelal zijn deze beter dan volgens de norm voorgeschreven. Maar kies je nu gewalste plaat (goed doorkneed) of bijvoorbeeld een gegoten plaat die eventueel extra geoptimaliseerd is op het gebied van weinig inwendige spanningen in het materiaal, t.b.v. verspaning.
Voor de toepassing is het van belang te weten welk aspect er essentieel is en of je met een gangbare kwaliteit uit de voeten kunt of dat je je verder moet verdiepen in de mogelijkheden. Hieronder staan 2 fabriekskwaliteiten vermeld onder een standaard genormaliseerde legering zoals eerder genoemd.
Oppervlaktebehandeling
Er zijn kwaliteiten binnen de dikke plaat kwaliteiten, die makkelijk of lastiger oppervlakte te behandelen zijn. Als voorbeeld anodiseren. Indien de samenstelling van één en dezelfde legering net iets anders is als de ander kun je bij een identiek anodiseerproces al kleurverschil krijgen. Of, zoals ook wel eens bij een 7000 kwaliteit voorkomt, kunnen er strepen of vlekken verschijnen.
Er zijn leveranciers die een speciaal anodiseerkwaliteit leveren met een protocol voor het anodiseren. Om een zo hoog mogelijk kwalitatief product te kunnen nastreven.
Wat is jou grootste uitdaging met aluminium toolingplate? Plaats je reactie in het commentaarveld hieronder. Je ontvang van mij een persoonlijke uitnodiging voor het gratis bijwonen van een presentatie over aluminium ter waarde van € 100,-. Let op dit aanbod is beperkt geldig, slechts komende maand (maart)!
Wil je op de hoogte gehouden worden over Aluminium schrijf je nu in en ontvang 1x per maand de update of vraag direct het e-book aan.
door Ellen Vaders | sep 29, 2015 | aluminium, engineering, toestand
Het materiaal aluminium wordt op ingenieuze wijze in de juiste “gesteldheid” gebracht voor zijn beoogde toepassing.
Hiervoor zijn verschillende facetten die bijdragen aan een optimale materiaal toestand. Er worden er in dit Blog drie besproken:
- Versterken van het materiaal
- Kristalstructuur
- Energie absorptie en rek
Zuiver aluminium is niet echt sterk. Om het materiaal sterker te maken zijn er verschillende mogelijkheden.
Door aluminium te legeren, veredelen en/of te deformeren kun je het materiaal versterken. Middels het toevoegen van de juiste legeringselementen zorg je ervoor dat het materiaal sterker en harder wordt. Het ene legeringselement is beter op te lossen dan het andere. Het ene levert meer verhoging van sterkte op, zoals koper, dan het andere, bijvoorbeeld Mangaan.
Legeringen met koper zijn echter minder corrosie bestendig en legeringen met Mangaan zijn weer heel goed vervormbaar tot producten zoals felsdaken en dakgoten. Niet alleen het hoofd legeringselement is van belang maar de complete mix van alle legeringselementen verzorgen de eigenschappen en dus de prestaties van een legering. Het is te vergelijken met koken. Neem het recept en de peper en zout zijn het die het gerecht op smaak maken.
De kristalstructuur
Afhankelijk van de vervaardiging verkrijgt het materiaal zijn kristalstructuur, bijvoorbeeld al of geen korrelverfijner en/of de mate van deformatie (harding), etc. Deze structuur wordt bewust voor een legering en zijn toepassing aangebracht zodat bijvoorbeeld de vervormbaarheid in een latere processtap ideaal kan worden ingezet. (Voorbeeld)
Energie absorptie en rek
Voor botsveilige lichtmasten of crashboxen in transportvoertuigen is het van belang dat een materiaal energie op kan nemen. Dit betekent dat het materiaal in staat moet zijn om te gaan vervormen om waarmee energie wordt opgenomen.
Bron afbeelding: crash alloy
Mede door de FFC kristalstapeling (Face Centered Cubic Structure ofwel kubisch vlakken gecentreerde dichtste bolstapeling) van aluminium in combinatie met de juiste sterkte & rek eigenschappen is een optimale energie opname te realiseren.
Echter je moet dit wel bewust aanbrengen in je materiaal. Een extrusie kwaliteit zal hiermee niet standaard worden toegerust.
Een ander voorbeeld. Wil je een aluminium extrusie buis of profiel nog gaan buigen, bestel dan bij voorkeur een T4 toestand i.p.v. het standaard T6. T4 wordt ook wel betiteld als de buigkwaliteit.
Hierbij een overzicht van de toestanden in aluminium.
Wil je alle toestanden en hun betekenis overzichtelijk op een rij. Klik hier en je verkrijgt het complete overzicht als PDF.
Tegen welke toestand met aluminium ben jij aangelopen en voldeed deze?
Wil je op de hoogte gehouden worden van de Blogs van Aluminium Metal Knowledge schrijf je in
Heb je aanvullingen en/of andere relevante opmerkingen, deel hieronder.
door Ellen Vaders | jun 29, 2015 | aluminium, aluminium advies, corrosie, development, engineering, legeringskeuze, optimaal ontwerp
Voorkom fouten met aluminium
Bij het werken met aluminium kunnen er zaken mis gaan. Dat is zonde en vaak niet nodig. Er is zoveel kennis over het materiaal maar helaas is dat niet altijd bij iedereen voor handen op het moment dat het nodig is. Hierbij een aantal punten om fouten te voorkomen en het optimale uit aluminium te kunnen gaan halen.
Ontwerp
Een veel gemaakte fout is een slecht aluminium ontwerp. Een goed aluminium ontwerp maakt gebruik van het geschikte proces om materiaal daar neer te leggen waar dit het meest effectief is.
Werken met standaard plaat en profiel is vaak niet de manier om een licht en optimaal ontwerp te realiseren. Voor een aluminium product ontwerp heb je kennis van de mogelijkheden én het materiaal nodig.
Legering
Met de keuze van de juiste legering krijg je niet alleen de beoogde sterkte maar ook de eigenschappen zoals corrosie bestendigheid en/ of verspaanbaarheid, lasbaarheid etc.
De keuze van de legering hangt ook af van de proceskeuze en eventueel beschikbaarheid. Kiezen van de juiste legering is dus het zoeken naar het beste compromis op alle vlakken.
Proceskeuze
Met aluminium ben je in staat door de juiste proces keuze bijvoorbeeld de eigenschappen nog verder te verbeteren, of klik-verbindingen eenvoudig in je ontwerp te integreren etc. Doordat aluminium zo goed vormbaar is, zijn er een legio aan processen die je kan toepassen en dus het ideale proces kan selecteren voor jouw toepassing. Maar eerst moet je kennis nemen van al deze mogelijkheden. Hoe kun je anders op het idee komen deze toe te passen?
Galvanische corrosie
Een veel voorkomende fout bij aluminium is galvanische corrosie. Doordat het materiaal relatief onedel is ontstaat er snel een oxide. Dit geeft aluminium ook zijn corrosie bestendigheid. Maar op het moment dat het in een vochtige omgeving met een “edeler” metaal een verbinding wordt gemaakt ontstaat er een opofferingsproces en kan het aluminium wegcorroderen. Dit is veelal eenvoudig te verhelpen door metalen onderling elektrisch te scheiden.
Oppervlakte behandeling
De meest gemaakte fout bij oppervlakte behandeling van aluminium is het aanbrengen van een verf/kleur zonder een goede voorbehandeling. Aluminium kun je in alle kleuren van de regenboog laten coaten, echter het proces vergt specifieke kennis en aanpak voor de voorbehandeling, anders bladdert de verf er zo vanaf.
Opslag
Last but not least: de opslag van aluminium. Doordat aluminium zo goed warmte weggeleidt, voelt het snel koud aan en krijgt vocht uit de omgeving, bij voldoende temperatuurverschil, kans om te condenseren op het aluminium. Deze condens zorgt bij onvoldoende beluchting tussen platen, profielen en/ of verpakking voor corrosie vlekken en dus beschadiging van het aluminium oppervlak. Dat is de reden waarom aluminium binnen bij een relatief constante temperatuur opgeslagen moet worden. Zo houd je het aluminium mooi.
Ben jij engineer en wil je fouten met aluminium voorkomen?
Geef antwoord op de vraag: Welke fout met aluminium ben jij ooit tegen aan gelopen?
Vermeld je antwoord op deze vraag in het commentaarveld hieronder en je ontvangt mijn e-book voor engineers door na het plaatsen van je commentaar hier te klikken. Ik wens je veel plezier met je volgende aluminium ontwerp!
P.s. Wil je meer kennis over aluminium legeringen check dit
Liever een aluminium in-company cursus? klik hier
door Ellen Vaders | apr 21, 2015 | aluminium, aluminium advies, development, engineering, gieten, legeringskeuze, optimaal ontwerp
Aluminium is een materiaal met een heel gunstig sterkte/gewicht verhouding en laat zich ook nog eens makkelijk vormen.
Een optimaal product is een product met zo min mogelijk materiaal die zijn functie gedurende zijn (voorspelde) levensduur vervult. Ten aanzien van duurzaamheid geldt dat het product na afloop ook goed te recyclen moet zijn.
Voor een product met zo min mogelijk gewicht is het de truc dat het materiaal op de juiste plek ligt.
Maar hoe bepaal je de juiste plek?
Hiervoor moet je de belasting van je product kennen! En dan is de volgende stap om de krachten gunstig door te leiden.
Als je nu kijkt naar onderstaande belasting en ideale vormgeving, dan kan je middels topologie optimalisatie software de ideale vorm opvragen.(simpel gezegd)
Als je het principe begrijpt dan kan je in dit geval met JBV (jan boeren verstand) heel ver komen, misschien zelfs sneller. De vorm uit de topologie optimalisatie software heeft immers de vertaalslag naar produceerbaar nog nodig. (Let wel dit is een relatief eenvoudige beugel.)
Echter het aantal variaties in ontwerp zijn legio…
Indien deze beugel van aluminium gemaakt wordt, heb je een aantal mogelijkheden ten aanzien van vervaardiging. Eén en ander is afhankelijk van aantal en benodigde materiaalkwaliteit. (Vormgeving wordt hier ondergeschikt gesteld aan functie en het vervaardigingsproces.)
Bij kleine aantallen kun je het product als voorbeeld middels verspaning maken, grote aantallen door middel van gieten en is de belasting extreem dan is bijvoorbeeld smeden de beste manier. Niet alleen qua eigenschappen maar ook qua prijs zitten hier behoorlijke verschillen tussen.
In de nabije toekomst zal ook aluminium printen voor enkele stuks een optie zijn. Nu zijn echter de kosten te hoog, kwaliteit onvoldoende en mogelijkheden gering.
Ieder proces heeft zo zijn eigenaardigheden. Tegenwoordig is het achter je bureau oplossen van problemen uit de tijd. Overleg en praten met anderen is essentieel.
Zit je al met een producent om de tafel beperk je je veelal al tot een oplossing, die mogelijk niet de optimale is.
Ook kun je gebruik maken van Crowdsourcing. Voor industrieel ontwerp? Ja zeker kijk maar eens op:
GrabCAD challenge
Zijn de BLOGs van Aluminium Metal Knowledge voor jouw waardevol? Vertel het anderen.
Heb je aanvullingen en/of andere relevante opmerkingen, deel hieronder.
Wil je meer kennis over aluminium? Vraag een aluminium-kennis-scan aan,
de eerste 3 ontvangen deze gratis. Hier aanmelden
door Ellen Vaders | feb 18, 2015 | aluminium, aluminium advies, development, engineering, legeringskeuze
Gelukkig komt het steeds minder vaak voor, maar het gebeurt nog wel, dat geen specificatie maar slechts ALUMINIUM op tekening wordt gezet. Zonder kennis van het materiaal is het ook lastig en natuurlijk kun je dat aan je leverancier overlaten. Maar zet wel, eventueel na overleg met de leverancier(s), de juiste aanduiding op tekening! Daarmee specificeer je het materiaal eenduidig en leg je het vast.
Hoe specificeer je een aluminium legering?
Een aanduiding van een aluminium legering is bijvoorbeeld EN AW-5083 O. In de norm EN 573 kun je precies terug vinden hoe de benaming van een aluminium kwaliteit wordt opgebouwd. Ook heeft het Aluminium Centrum een duidelijke beschrijving in hun informatiebladen opgenomen. (Kneedlegeringen & Gietlegeringen)
Welke aluminium legering kies je?
De keuze van een aluminium legering hangt af van heel veel factoren. Wordt het product door verspaning naar zijn vorm gebracht? of is extrusie of walsen de basis voor het product? Behalve de fabricage is ook de toepassing van belang voor zaken zoals verwerkbaarheid, lasbaarheid en corrosiebestendigheid.
In aluSelect kun je veel van dergelijke informatie snel raadplegen. Daar vind je een overzicht van de meest gebruikte legeringen en hun eigenschappen.
Hieronder wordt dit voor een tweetal type legeringen kort samen gevat.
Een goede keuze van het materiaal is belangrijk voor het goed slagen van het product. Het voordeel van aluminium is, dat het een hoge specifieke sterkte heeft, het is het meest voorkomende metaal op aarde en het is oneindig recyclebaar!
Het maken van het materiaal kost in eerste instantie veel energie, maar de voor de volgende levensfase is maar 5% van de energie benodigd. Dat is heel bijzonder voor een materiaal, bovendien blijft de kwaliteit behouden.
Heb je hulp nodig bij het specifiëren van de aluminium legering voor je toepassing, vraag de mensen met aluminium kennis in je netwerk om hulp. Stel je vraag in een reactie hieronder, meld je aan voor training of BLOG updates en ik hou je op de hoogte.
Ellen Vaders
door Ellen Vaders | jan 20, 2015 | aluminium, aluminium advies, development, engineering, legeringskeuze, optimaal ontwerp, vermoeiing
Geschreven in samenwerking met Paul Voerman. Dank je wel, Paul voor je inbreng!
Aluminium is een licht gewicht metaal dat sterk is in allerlei toepassingen. Maar hoe zit het met de vermoeiingseigenschappen van het materiaal?
Kun je aluminium toepassen in omstandigheden waar je wisselende belastingen hebt?
Het feit dat aluminium hét materiaal is in de vliegtuigbouw laat zien waar het materiaal toe in staat is. Als er ergens veel dynamische belastingen zijn is het daar wel. Maar hoe bepaal je tot hoe ver je mag gaan?
Om vermoeiing beter te begrijpen leggen we eerst uit wat verstaan wordt onder dynamische belastingen. Een dynamische of wisselende belasting is een belasting waarbij je vaak een vaste belasting hebt, bijvoorbeeld een gevelpaneel met een bepaald gewicht dat aan een constructie hangt. En daar bovenop een wisselende belasting bijvoorbeeld de wind. (En tijdens het schrijven van dit stuk, 15 januari is die behoorlijk!) De wind zorgt ervoor dat het paneel continu van de gevel afgetrokken wordt en er weer tegen aangedrukt wordt. Hieronder wordt dit in een grafiek weergegeven.
Wanneer praten we over vermoeiing?
Vermoeiing is het kapotgaan van een onderdeel door dynamische belasting bij een lagere belastingsituatie dan je op basis van de breukgrens verwacht. In de foto zie je een voorbeeld van een typische vermoeiingsbreuk.
Bij welke belasting gaat het dan stuk? Hiervoor kun je de Wöhler kromme of S-N curve kijken. ( S-N staat voor Spanning – N-wisselingen) Voor staal en ook aluminium zie je, dat bij wisselende belastingen het materiaal steeds minder hoog belast mag worden.
De heer Wöhler is grondlegger van onderzoek op gebied van vermoeiing en vandaar dat deze vermoeiingskrommes ook wel Wöhler krommes genoemd worden.
Na een miljoen keer heeft de heer A. Wöhler aangetoond dat er voor staal een soort ondergrens bereikt wordt. Bij aluminium zie je dat de curve langzaam blijft dalen. De sterkte blijft dus afnemen na meer en meer wisselingen.
Als eerste kijken we naar 2 materialen S275 (Staal-44), en de aluminium legering EN AW-6061T6. In dit geval beiden met een rekgrens van 275N/mm². Als extra hebben we ook de legering EN AW-7075 T6 toegevoegd, een legering die in luchtvaart toegepast wordt.
Als we kijken naar een dynamische belasting met één miljoen wisselingen, 1.000.000, zien we in de grafiek dat S275 tot 195 N/mm² mag hebben. Aluminium 6061-T6 tot 120N/mm². Dit geldt bij ideale omstandigheden.
| Aluminium is echter 3x zo licht. (aluminium 2,7 kg/dm3 t.o.v. staal 7,8 kg/dm3)
Met andere woorden: als het aluminium product iets volumineuzer wordt uitgevoerd (met meer body) kan nog steeds lichter worden gebouwd met tenminste gelijke vermoeiings-eigenschappen!
Met aluminium heb je door de grote vormvrijheid de mogelijkheid het materiaal daar neer te leggen waar het nodig is, waarmee je de spanning kunt verlagen. Ook kun je door de grote vormvrijheid een optimale “gestroomlijnde” vorm realiseren waarmee de spanningspiek wordt beperkt.
Dit zorgt voor een verlengde levensduur. |
Bij een ontwerp moet je goed definiëren/ weten hoeveel wisselingen je gedurende de levensduur mag verwachten. Als voorbeeld: een ladder ontwerpen voor 10milj. wisselingen is niet realistisch, dit is niet conform zijn daadwerkelijke belasting situatie.
Voor het bepalen of de vermoeiingsbelasting door de toepassing gedragen kan worden, zijn berekeningen benodigd om dit te voorspellen. Het maken van de juiste voorspelling gaat nogal eens fout doordat men onvoldoende achtergrond heeft van de optredende belastingen.
Figuur 1 mooi ontwerp van een Capo
Om vermoeiing te voorkomen is het altijd zaak dat er zo min mogelijk scheurinitiaties in een ontwerp zitten. Als voorbeeld: scherpe overgangen vermijden. Bij vermoeiing altijd met zo groot mogelijke afgeronde binnen radii werken en vloeiende overgangen maken. Maar ook in geval van gelaste constructies een goede start en stop van de lasnaad zodat plakfouten en/of kratervorming bij de las voorkomen worden. Zelfs oppervlaktegesteldheid en ruwheid spelen een rol.
Dan laten we de impact van een las op het vermoeiingsgedrag van aluminium in dit stuk nog buitenbeschouwing, aangezien dit te veel omvattend is om hier mee te nemen.
Samenvattend/ concluderend:
- Aluminium heeft geen vermoeiingslimiet. Boven de 10.000.000 wisselingen levert dit consequenties op, anders dan met staal.
- Met aluminium kun je met een lager gewicht hetzelfde aantal wisselingen weerstaan als met staal.
- Optimaal vormgeven voor vermoeiing is vloeiende overgangen creëren en spanningspieken vermijden.
Met deze uiteenzetting hoop ik dat je een inkijkje hebt gekregen in de mogelijkheden met aluminium in dynamisch belaste omstandigheden.
Wil je diepgaander informatie van aluminium vermoeiing ontvangen? Laat hier hier je e-mail adres achter, of stel je vraag in je reactie hieronder.
Ellen Vadershttp://eepurl.com/YXkv5
