Wat is het verschil tussen gereedschappen en materialen?

De techniek is een belangrijke sector in het Nederlandse bedrijfsleven. Zonder de technische sector worden geen nieuwe machines, apparaten en producten ontwikkeld en gefabriceerd. Daarnaast kan zonder de technische sector niets worden gebouwd. De technische sector is heel breed. Er worden in deze sector oplossingen bedacht, ontwikkelt en uitgetekend. Daarnaast worden de ontworpen producten in uitvoerende techniek vervaardigd en geproduceerd. Dit kan op verschillende manieren gebeuren. In de techniek word gebruik gemaakt van gereedschappen en materialen. Hieronder zijn de begrippen gereedschap en materiaal nader omschreven.

Wat zijn materialen
Voor het vervaardigen van producten kan gebruik worden gemaakt van verschillende soorten materialen. Materialen hebben specifieke eigenschappen die er voor zorgen dat materiaal geschikt is voor bepaalde toepassingen. Hierbij wordt onder andere gekeken naar de elasticiteit en de sterkte van materialen. Ook de hardheid en de corrosiebestendigheid speelt een rol bij de keuze van materialen. Daarnaast zijn bepaalde materialen heel kostbaar. Goed en zilver zijn bijvoorbeeld goed bestand tegen corrosie en geleiden elektriciteit goed. Deze materialen zijn daardoor geschikt voor verschillende toepassingen. De prijs van deze edelmetalen zorgt er echter voor dat goud en zilver niet overal in de techniek worden toegepast. Vaak wordt gekeken naar goedkopere vervangers die wel zoveel mogelijk dezelfde eigenschappen hebben als de kostbare materialen. Doormiddel van legeringen kunnen de eigenschappen van metalen worden geoptimaliseerd. Een goed voorbeeld hiervan is roestvaststaal. Wanneer roestvaststaal aan zeer hoge kwaliteitseisen met betrekking tot corrosievastheid moet voldoen worden Duplex roestvaststaalsoorten gebruikt. Een legering kan de eigenschappen van verschillende metalen verbeteren. Voor het bevestigen en bewerken van materialen worden gereedschappen gebruikt. In de volgende alinea is informatie weergegeven over gereedschappen.

Wat zijn gereedschappen?
Gereedschap is een algemeen begrip voor verschillende hulpmiddelen waarmee materialen en werkstukken kunnen worden bewerkt en bevestigd. Met gereedschappen worden bewerkingen uitgevoerd door mensen maar ook door machines en dieren. Men spreekt van een instrument wanneer men het heeft over een zeer specialistisch gereedschap. De term werktuig wordt over het algemeen gebruikt voor grotere en zwaardere gereedschappen. De vervaardiging daarvan wordt ook wel de werktuigbouw genoemd. In de werktuigbouwkunde wordt aandacht besteed aan de manier waarop werktuigen ontworpen en vervaardigd kunnen worden. Hiervoor worden onder andere gereedschappen gebruikt.

De mens heeft door de eeuwen heen een grote diversiteit aan gereedschappen ontwikkelt voor diverse doeleinden. Gereedschappen waren in de steentijd eenvoudige krabbers, bijlen en hamers die van vuursteen werden vervaardigd. De bronstijd zorgde er voor dat het gieten van gereedschap in een bepaalde vorm mogelijk was. De komst van de ijzertijd was de eerste grote doorbraak. Door ijzer te gebruiken konden nog meer gereedschappen worden vervaardigd. IJzer is sterker dan brons en daarnaast ook nog smeedbaar.

Tot de toepassing van elektriciteit werden gereedschappen door de mensen zelf in beweging gebracht of werden dieren ingezet. Dit koste veel inspanning. Met de toepassing van elektriciteit kon de mens gereedschap elektrisch aandrijven waardoor de mens minder fysieke inspanning hoefde te leveren. Er ontstond een verschil tussen elektrisch gereedschap en niet-elektrisch gereedschap. Daarnaast zijn er tegenwoordig ook gereedschappen die op luchtdruk werken. Dit zijn pneumatische gereedschappen. Ook oliedruk word toegepast bij gereedschappen. Dit worden ook wel hydraulische gereedschappen genoemd. Gereedschap kan op verschillende manieren worden ingedeeld. Meestal word de indeling van gereedschap gedaan op basis van de toepassing van gereedschap of de sector waar het gereedschap wordt gebruikt. Voorbeelden hiervan zijn meetgereedschappen, tuingereedschappen en schildersgereedschappen. Daarnaast kan gereedschap, zoals eerder genoemd, worden ingedeeld op basis van aandrijving. Gereedschap dat doormiddel van fysieke kracht van de mens met de hand in beweging word gebracht word ook wel handgereedschap genoemd. Handgereedschappen behoren tot de eenvoudigste gereedschappen. Er zijn zeer veel verschillende handgereedschappen door de mens ontwikkeld.

Wat is het verschil tussen materialen en gereedschappen?
Gereedschap word gebruikt om materialen te bewerken of te bevestigingen. Een gereedschap word na het montageproces weer verder gebruikt om andere werkstukken te maken. Een gereedschap word dus niet in het werkstuk zelf verwerkt. Materiaal daarentegen word wel in een werkstuk verwerkt. Materialen worden verbruikt en dienen daarom voortdurend te worden aangevoerd wanneer meerdere werkstukken moeten worden gemaakt. Een werkstuk is in feite het totaal van de materialen die gebruikt zijn om het werkstuk te vervaardigden. Daarbij kan ook een deel van het materiaal niet worden gebruikt. Dit wordt beschouwd als afval of kan eventueel als materiaal dienen voor andere werkstukken. Gereedschappen worden niet verbruikt maar juist gebruikt. Dit is een belangrijk verschil.

Waarom is het onderzoeken van eigenschappen van materialen belangrijk?

Voor het vervaardigen van producten zijn materialen nodig. Een materiaal is een stof die op natuurlijke of kunstmatige wijze geproduceerd is. Elk materiaal bevat unieke eigenschappen. Deze materiaaleigenschappen zorgen er voor dat een materiaal geschikt of juist ongeschikt is voor een bepaalde toepassing. Een aantal eigenschappen waarop word gelet bij de keuze van materialen zijn de volgende:

  • De mechanische eigenschappen.
  • Elektriciteit en magnetisme
  • Thermische eigenschappen
  • Chemische eigenschappen
  • Akoestische eigenschappen
  • Traagheid
  • Eigenschappen met betrekking tot vormgeving
  • Radioactiviteit
  • Oppervlakte

Wanneer de eigenschappen zijn bepaald waaraan materiaal moet voldoen kan men verder naar de volgende stap in het ontwerpproces. Hierbij word een keuze gemaakt voor de gewenste materiaalsoort. Deze keuze is afhankelijk van de beschikbaarheid en de prijs van het materiaal. Ook de levertijden kunnen invloed hebben op de materiaalkeuze. Tegenwoordig neemt ook de rol van milieuaspecten toe bij de keuze van materialen. Wanneer ook deze eisen in kaart zijn gebracht kan men daadwerkelijk de materiaaleigenschappen verwerken in een ontwerp. De constructeur weet welke eigenschappen het materiaal heeft en houd hiermee rekening bij het ontwerp van een constructie.

Eigenschappen van materialen zijn belangrijk
Het is erg belangrijk dat voor de juiste materialen wordt gekozen bij de ontwikkeling en het samenstellen van een constructie. Wanneer de materialen over onvoldoende sterkte beschikken heeft dat gevolgen voor de constructie. Door de invloed van druk van buitenaf of het gewicht van de onderdelen van de constructie zelf kunnen bepaalde delen van de constructie zwaarder belast worden dan andere delen van de constructie. Een constructeur kan op basis van de mechanische eigenschappen van een materiaal sterkte berekeningen maken. Deze sterkte berekeningen zorgen er voor dat de constructeur goed weet welk materiaal hij of zij moet gaan verwerken in het ontwerp. Ook de dikte van het materiaal en de vorm daarvan is belangrijk om in een ontwerp te verwerken. Bepaalde profielvormen zoals bijvoorbeeld H-balken zorgen er voor dat een constructie extra stevig kan worden gemaakt zonder veel extra materiaal toe te passen.

Metallurgie
Binnen de metaalbranche of werktuigbouwkunde zijn specialisten werkzaam die veel kennis hebben van de samenstelling van metalen. Het gebruik van metalen in de werktuigbouwkunde komt veelvuldig voor. Een metallurg kan de samenstelling van metalen en metaallegeringen onderzoeken zodat de eigenschappen van het metaal zo goed mogelijk in kaart kunnen worden gebracht. Naast de mechanische eigenschappen bestudeert een metallurg ook de corrosiebestendigheid en de elektrische geleidbaarheid van metalen. Het vakgebied waarin een metallurg werkzaam is noemt men metallurgie.

Wat zijn de voordelen van kunststoffen in de werktuigbouwkunde?

In de werktuigbouwkunde wordt van oudsher veel gebruik gemaakt van metalen. Metalen hebben veel gunstige eigenschappen waardoor ze een breed toepassingsgebied hebben in de bouw van machines en staalconstructies. De laatste jaren krijgen metalen echter geduchte concurrentie. Halverwege de twintigste eeuw werd gebruik gemaakt van bakeliet. Dit is een eenvoudige kunststof. Sinds het gebruik van bakeliet zijn er echter zeer veel verschillende kunststoffen ontwikkeld en toegepast. De kunststoffen zijn sterk in opkomst binnen de werktuigbouwkunde. Niet alleen binnen de werktuigbouwkunde worden kunststoffen meer gebruikt. Er zijn zeer veel producten waarin tegenwoordig gebruik wordt gemaakt van kunststoffen. Hierbij kan onder andere gedacht worden aan computerbehuizingen, mobiele telefoons (GSM), rekenmachines, bekers, borden, bestek en talloze speelgoed artikelen.

Wat zijn van voordelen van kunststoffen?
Er zijn verschillende kunststoffen ontwikkeld de laatste jaren. Metalen worden gelegeerd om de eigenschappen te verbeteren. Bij kunststoffen zijn er ook verschillende samenstellingen waardoor kunststoffen breed kunnen worden toegepast in de werktuigbouwkunde. Een aantal belangrijke voordelen die kunststoffen hebben ten opzichte van de werktuigbouwkunde zijn als volgt:

Kunststoffen zijn goedkoop
Kunststoffen zijn ten opzichte metalen goedkoop en kunnen over het algemeen eenvoudig worden verwerkt. Producten die van kunststoffen worden vervaardigd zijn daarom goedkoper dan vergelijkbare producten die van metalen zijn vervaardigd.

Kunststoffen isoleren
Metalen geleiden elektriciteit in meer en mindere mate. Kunststoffen werken isolerend. Hierdoor kunnen kunststoffen goed worden toegepast voor de behuizing van machines en de bescherming van elektriciteitskabels. Met het gebruik van kunststoffen kan worden voorkomen dat bepaalde delen van een machine onder spanning komen te staan.

Kunststoffen hebben een laag gewicht
De meeste metalen hebben een hoge soortelijke massa. Dit houdt in dat veel metalen ten opzichte van bijvoorbeeld hout en kunststof zwaar zijn. Wanneer een m3 kunststof wordt gewogen en een m3 aluminium dan is kunststof over het algemeen veel lichter. Dit zorgt er voor dat het gebruik van kunststof het gewicht van een product kan reduceren.  Het gebruik van metalen zorgt er vaak voor dat een product juist zwaarder wordt. Bij machines waarbij gewicht een belangrijke rol speelt wordt vaak gekeken naar de mogelijkheid om kunststoffen toe te passen. Hierbij kan onder andere gedacht worden aan de jachtbouw, vliegtuigindustrie, de ruimtevaart en ook voortuigen als brommers, scooters en auto’s.

Kunststoffen roesten niet
Op edelmetalen na heeft elke metaalsoort zijn eigen oxidatieproces. Dit zorgt er voor dat de aanblik van het metaal verandert. Daarnaast kan de oxidatie in de vorm van roest bij Ferro-legeringen en ferrometalen er voor zorgen dat de mechanische kwaliteit achteruit gaat. Kunststoffen roesten niet. Ze zijn behoorlijk goed bestand tegen weersinvloeden. Er moet echter wel rekening gehouden worden met bepaalde temperaturen en de uitwerking van zonlicht (UV straling). Hierdoor kan de kwaliteit van kunststoffen wel worden verminderd. Kunststoffen kunnen daarnaast vaak beter tegen zuren dan metalen. Daarom worden kunststoffen gebruikt voor de verpakking van accuzuur en andere zuren.

Kunststoffen zijn geschikt voor de verpakking van voedingsmiddelen
In tegenstelling tot metalen zijn kunststoffen uitermate geschikt voor de verpakking van voedingsmiddelen. Veel verpakkingen lijken op het eerste oog uit papier te bestaan zoals bijvoorbeeld een melkpak of een yoghurtpak, er is echter op het papier of karton een dun laagje kunststof aangebracht om er voor te zorgen dat het papier niet week wordt. Ook in de machinebouw wordt in de voedingsmiddelenindustrie veel gebruik gemaakt van kunststoffen. Hierdoor komt geen giftige oxidatie van metalen in de voeding terecht.

Kunststoffen zijn breed toepasbaar
De vormen die met kunststoffen kunnen worden gemaakt zijn vrijwel onbeperkt. Dit heeft te maken met de eenvoudige manier waarop kunststoffen kunnen worden verwerkt. Kunststoffen kunnen worden gegoten, gespoten en geperst. Daarnaast kan men kunststoffen ook extruderen en laten smelten om ze vervolgens doormiddel van lucht op te blazen tot dun plastic voor bijvoorbeeld plastic zakken. Doormiddel van een specifiek lasproces kunnen  thermoplastische kunststoffen zelfs aan elkaar gelast worden. Thermoplastische kunststoffen zijn kunststoffen die doormiddel van hitte zacht en vloeibaar worden. Thermohardende kunststoffen bestaan uit uitgeharde kunststoffen. Deze kunnen niet opnieuw weer week worden gemaakt om ze te vervormen. Thermohardende kunststoffen worden vaak doormiddel van persen en gieten in de juiste vorm gebracht. Naast het gemak waarmee kunststoffen in de gewenste vorm kunnen worden gebracht is het ook mogelijk om kunststoffen de gewenste kleur te geven. Ook hierin zijn de mogelijkheden onbeperkt.

Kunststoffen worden steeds meer toegepast in de werktuigbouwkunde
Door bovenstaande eigenschappen worden kunststoffen breed toegepast in de techniek. In de toekomst zullen kunststoffen metalen nog meer gaan vervangen. Kunststoffen worden van steeds betere kwaliteit. Ook de terughoudendheid om kunststoffen te gebruiken in plaats van metalen neemt af. De mechanische eigenschappen van kunststoffen zijn soms net zo goed als metalen en daarnaast is het soortelijk gewicht ook nog lager. Op dit moment worden kunststoffen in toenemende mate gebruikt bij de fabricage van auto’s. Hoewel het gemiddelde percentage gewicht van kunststof in een auto ongeveer 10 procent is van het totaalgewicht zal kunststof door het gebruik van elektrische motoren worden vergroot. Dit heeft te maken met het feit dat het gewicht van auto’s steeds belangrijker wordt wanneer er wordt gekeken naar de zuinigheid van auto’s.

Wat wordt met hygroscopisch bedoelt?

Een stof is hygroscopisch wanneer deze vocht uit de omgeving aantrekt. Hygroscopische stoffen onttrekken vocht onder andere uit de lucht (waterdamp) in de omgeving waarin de hygroscopische stoffen aanwezig zijn. Hygroscopisch is een woord dat is samengevoegd uit twee Oudgriekse woorden. Het Oudgriekse woord voor water: hygros en het woord voor zien: skopein. Er zijn veel verschillende stoffen op de aarde aanwezig die wateraantrekkend zijn. Dit zijn zowel voedingsmiddelen, materialen en overige stoffen. Hieronder staan een aantal voorbeelden van hygroscopische materialen en voedingsmiddelen. In de laatste alinea wordt informatie gegeven over een aantal hygroscopische stoffen.

Voorbeelden van hygroscopische materialen en voedingsmiddelen
Papier en karton zijn voorbeelden van materiaal dat sterk hygroscopisch is. Daarnaast is ook zou hygroscopisch. Daarom moet zout in een luchtdichte verpakking worden bewaard. Wanneer dit niet gebeurd klontert zout samen. Daarom wordt vaak in keukenzoutvaatjes rijst toegevoegd. Rijst is ook hygroscopisch en neemt zeer veel water op. Denk hierbij aan de grote volumetoename van rijst wanneer deze in een pan met water wordt gekookt. Veel voedingsmiddelen zijn hygroscopisch zoals bijvoorbeeld pasta’s en graanproducten zoals koeken, brood of crackers. Wanneer bijvoorbeeld crackers en koeken enz. niet afgesloten worden bewaard nemen ze vocht uit de omgeving op en worden ze slap.

Snoepgoed neemt ook vocht op uit de omgeving. Daarom worden veel snoepjes naar verloop van tijd kleverig als ze niet goed verpakt zijn. Honing is een ander bekend voedingsmiddel dat hygroscopisch is. Honing is sterk wateraantrekkend. Wanneer honing op een boterham wordt gesmeerd neemt de honing het vocht op uit brood waardoor brood taai wordt. Honing kan zelfs gebruikt worden voor het herstel van verwondingen.

Hygroscopische stoffen
Er zijn diverse hygroscopische stoffen die in de scheikunde kunnen worden toegepast. Zo is  calciumchloride zeer hygroscopisch. Wanneer calciumchloride in contact komt met water lost het daarin op. Door deze eigenschap wordt calciumchloride wel gebruikt in vochtvreters. Deze vochtvreters worden gebruikt om het vochtgehalte in een werkruimte omlaag te brengen. Voor het droog houden van schoenen, kleding en apparaten worden vaak kleine zakjes silicagel gebruikt. Naast deze hygroscopische stoffen kan ook gebruik worden gemaakt van magnesiumsulfaat, carbonylfluoride, ammoniumnitraat, natriumchloride, natriumpropionaat, natriumsulfaat en natriumpropionaat.

Wat zijn ferrometalen en nonferrometalen?

Metalen kunnen op verschillende manieren worden onderverdeeld. Hierbij kan gekeken worden naar de eigenschappen van de metalen en de toepasbaarheid ervan. In de praktijk komt de verdeling tussen ferrometalen en nonferrometalen veel voor. Deze onderverdeling is gebaseerd op het al dan niet aanwezig zijn van het bestandsdeel ijzer.

Wat is Ferro?
IJzer is een element uit de scheikunde. In het Latijns wordt ijzer ferrum genoemd. Daarvan is het woord ferro afgeleid. Ferro wordt in de scheikunde aangeduid met het symbool Fe wat staat voor de eerste twee letters van Ferrum. IJzer is een grijskleurig metaal met atoomnummer 26. Het wordt veel toegepast binnen de werktuigbouwkunde maar ook binnen andere technische vakgebieden. Meestal wordt ijzer gelegeerd met andere elementen zoals met koolstof (C). Wanneer aan ijzer 0,1 tot 1,7 procent koolstof wordt toegevoegd spreekt men van staal. Metalen die onder Ferro vallen zijn magnetisch en bevatten minimaal 50 procent ijzer.

Wat is Nonferro?
Nonferro metalen bevatten geen ijzer. Wanneer nonferro metalen worden gelegeerd mag het percentage ijzer dat wordt toegevoegd niet hoger zijn dan 50 procent om de legering onder nonferro te laten behoren. De metalen die onder nonferro vallen zijn divers. Een aantal voorbeelden van nonferrometalen zijn: koper, zink, chroom, goud, zilver, tin, aluminium en titaan. Omdat er zoveel metalen onder nonferro vallen wordt er vaak een onderverdeling gemaakt. De onderverdeling tussen pure metalen en  non-ferrometaallegeringen is gebruikelijk.

Onder pure metalen vallen de volgende categorieën:

  • Edelmetalen: deze metalen worden nauwelijks door oxidatie aangetast. Voorbeelden hiervan zijn goud en platina. Ook zilver valt onder edelmetalen hoewel het iets meer gevoelig is voor oxidatie.
  • Zware metalen: deze hebben een hoge atoommassa en zijn zwaarder dan ijzer. Voorbeelden hiervan zijn: kwik, lood en cadmium.
  • Lichte metalen: dit zijn metalen die lichter zijn dan ijzer bijvoorbeeld aluminium.

Onder non-ferrometaallegeringen vallen de volgende categorieën:

  • Gegoten legeringen zoals bijvoorbeeld brons.
  • Gesmede legeringen dit zijn legeringen die doormiddel van een smeden zijn ontstaan.

Binnen de werktuigbouwkunde wordt gebruik gemaakt van ferrometalen en nonferrometalen. De eigenschappen van metalen lopen sterk uiteen. Doormiddel van legeringen kunnen de eigenschappen van metalen worden gecombineerd. Legeringen worden in de praktijk zeer veel gebruikt.