Wat is metaalindustrie?

Metaalindustrie is een verzamelnaam voor alle bedrijven die metaal uit erts produceren en op industriële wijze verwerken tot basismaterialen, halffabricaten en samengestelde constructies, machines, werktuigen en transportsmiddelen. De metaalindustrie wordt ook wel in verband met de elektrotechnische industrie genoemd. In dat geval heeft men het over metalektro, een voorbeeld hiervan is de metalektro cao.

Indeling metaalindustrie
Als men bovenstaande definitie hanteert dan komt men er achter dat de metaalindustrie een enorme omvangrijke sector is. Men kan de metaalindustrie op verschillende manieren indelen. Een voorbeeld hiervan is de volgende opsomming;

  • Basismetaalindustrie
  • Productie van enkelvoudige metalen producten
  • Productie van samengestelde metalen producten
  • Productie van onderdelen voor apparaten, machines en werktuigen
  • Productie van machines, apparaten, instrumenten en transportmiddelen

Deze verschillende segmenten van de metaalindustrie zijn in onderstaande alinea’s nader omschrijven.

Basismetaalindustrie
Bij de basismetaalindustrie begint de metaalindustrie. In dit deel van de metaalindustrie worden ertsen die ijzer en andere metalen bevatten opgespoord en wordt uit deze ertsen metaal gewonnen. In hoogovenbedrijven wordt ruwijzer geproduceerd. Daarnaast worden ook legeringen gemaakt waardoor de eigenschappen van metalen elkaar kunnen versterken. Verder wordt in de basismetaalindustrie plaatstaal, staafstaal, profielstaal en blik geproduceerd. In walserijen wordt plaatstaal gemaakt. Men kan ook oppervlaktebehandelingen toepassen zoals galvaniseren. Verder wordt staal doormiddel van harden toepasbaar voor specifieke metaalproductiebedrijven.

Productie van enkelvoudige metalen producten
In deze tak van de metaalindustrie worden eenvoudige producten gemaakt van metaal. Dit zijn vaak producten die verder in andere metaalbedrijven worden verwerkt zoals bouten, moeren en assen. Ook producten die in gieterijen worden gemaakt en in smederijen behoren tot de enkelvoudige metalen producten. Deze producten bestaan namelijk uit één geheel.

Productie van samengestelde metalen producten
Samengestelde metalen producten zijn constructies die onder andere worden vervaardigd in staalconstructiebedrijven. Deze constructies worden doormiddel lasprocessen aan elkaar bevestigd. Men heeft het in dit segment ook wel over samenstellers en lassers die constructies op basis van tekening kunnen samenstellen en aflassen. Lassers die niet kunnen samenstellen worden ook wel aflassers genoemd.

Productie van onderdelen voor apparaten en machines
Dit zijn bedrijven die toeleveranciers zijn voor de werktuigenbouw of werktuigbouw. Hier worden onderdelen en halffabricaten voor machines en apparaten geproduceerd. Dit zijn complexere producten dan de producten in het vorige segment van de metaalindustrie omdat ze uit meerdere kunnen onderdelen bestaan. Vaak worden onderdelen vervaardigd doormiddel van machinebankwerken. Er worden onderdelen doormiddel van verspaning vervaardigd. Verspaning is niet alleen draaien en frezen. Ook boren, eroderen en vonkverspaning behoort tot de verspanende technieken. Daarnaast wordt ook in dit segment samengesteld en gelast.

Productie van machines, apparaten, instrumenten en vervoersmiddelen
In dit segment zij machinefabrieken actief evenals bedrijven die zich bezig houden met de productie van transportmiddelen zoals auto’s, treinen en vliegtuigen. De scheepsbouw en de jachtbouw valt hier ook onder. Verder worden in dit segment ook landbouwwerktuigen gebouwd voor de landbouwmechanisatie. Ook huishoudelijke apparaten en elektrische gereedschappen worden hier gemaakt. Dit is een brede sector waar complexere producten worden gemaakt die uit meerdere onderdelen bestaan.

Wat is een spaceframe en waar wordt deze constructie toegepast?

Spaceframe is een benaming uit het Engels en kan in het Nederlands worden vertaald met ruimtelijke constructie. Deze constructie lijkt een beetje op een vakwerkconstructie waarbij verschillende verbindingen worden gemaakt zodat een grote vrije overspanning mogelijk is.

Hoe ziet een spaceframe er uit?
Een spaceframe kan verschillende vormen en afmetingen hebben. Kenmerkend voor een spaceframe is dat deze uit verschillende verbindingen bestaat om een grote ruimte te voorzien van een bepaalde stevigheid. Over het algemeen wordt gebruik gemaakt van buizen van aluminium of staal. Buizen die gemaakt zijn van staal zijn goedkoper maar wel zwaarder. Daarom wordt regelmatig voor aluminium gekozen. Een spaceframe bestaat uit verschillende (driehoekige) verbindingen. Door de toepassing van aan elkaar geschakelde regelmatige viervlakken kan een sterke constructie worden gemaakt. Naast driehoekige constructies kan men ook gebruik maken van gebogen constructies.

Waar worden spaceframes toegepast?
Spaceframes worden onder andere in de werktuigbouwkunde toegepast bijvoorbeeld bij fietsen, auto’s en motorfietsen als er geen gebruik wordt gemaakt van een zelfdragende carrosserie of monocoque. Een spaceframe is in de voertuigentechniek een buisconstructie of een buisframechassis. Hierbij wordt de motor, de carrosserie en de wielophanging bevestigd aan het spaceframe. In tegenstelling tot de toepassing van een monocoque wordt er bij een spaceframe geen gebruik gemaakt van een carrosserie met structurele sterkte.

Daarnaast worden spaceframes ook toegepast in grote staalconstructies zoals de bouw van grote loodsen en bedrijfshallen. Hierbij moeten vaak grote afstanden worden overbrugd door gebruikt te maken van verschillende driehoekverbindingen om een dak te kunnen dragen. Ook bij grote sportcomplexen en voetbalstadions wordt meestal gekozen voor spaceframs. Hierdoor kunnen bovendien zeer fraaie (kubistische) vormen worden gemaakt waardoor er voor de architect veel mogelijkheden zijn om een gebouw aan te passen aan de esthetische wensen van de opdrachtgever en de omgeving.

Wat is een vliesgevel of glasgevel en welke varianten zijn er?

Een vliesgevel wordt ook wel een glasgevel genoemd of een gordijngevel. Vliesgevels zijn niet dragende gevels. Dit houdt in dat deze gevels over het algemeen niet zwaar belast worden. Vliesgevels worden ook wel gebruikt als een afscheiding tussen het interieur en exterieur van een gebouw. Vliesgevels kunnen van verschillende materialen worden gemaakt. Deze gevels zijn niet dragend en geven een gebouw een bepaalde uitstraling. Vliesgevels dienen vanwege dit doel van materialen te worden gemaakt die het gebouw kunnen verfraaien. Omdat deze gevels over het algemeen aan de buitenzijde van een gebouw worden geplaatst moeten vliesgevels voldoende licht doorlaten. Vliesgevels bevatten daarom meestal grote raampartijen met glas.

Om gewicht te besparen worden vliesgevels vaak van lichte materialen gemaakt. Zo wordt het glas onder andere geplaatst in aluminium frames. Vliesgevels die voor een groot deel uit glas bestaan worden ook wel glasgevels genoemd. Er kunnen echter ook houtsoorten en kunststoffen worden toegepast. Door het toepassen van lichte materialen kan worden bespaard op het gewicht. Deze gewichtsbesparing zorgt er voor dat er minder eisen worden gesteld aan het fundament.

Vliesgevels dragen geen andere belasting dan het gewicht van de materialen waaruit de gevel is opgebouwd. Daar komt de druk die de wind op de gevel uitoefent bij. De vliesgevel draagt deze belasting af op de fundering en de rest van de constructie van het gebouw. Vliesgevels hebben niet alleen een belangrijke esthetische waarde. De meeste vliesgevels zijn ook ontworpen om de infiltratie of het naar binnen dringen van water, tocht en wind tegen te gaan.

Soorten vliesgevels
Vliesgevels kunnen op verschillende manieren worden ingedeeld. Grofweg kunnen vliesgevels in twee soorten worden ingedeeld de zuivere vliesgevel en de onzuivere vliesgevel. De zuivere vliesgevel staat geheel los van de constructie en bevat geen binnenspouwblad.

De onzuivere vliesgevel bevat daarentegen wel een binnenspouwblad. Deze vliesgevel vormt als het ware een schil voor de constructie die er achter is geplaatst. Onzuivere vliesgevels kunnen worden ingedeeld in twee verschillende varianten. De koude onzuivere vliesgevel. Deze vliesgevel heeft een open luchtspouw. Daarnaast is er ook nog de warme onzuivere vliesgevel die een gesloten luchtspouw bevat.

Wat is metaalbewerking en welke metaalbewerkingsprocessen zijn er?

Metaalbewerking is een algemene benaming die wordt gebruikt voor het bewerken van metalen. Sinds de ontdekking van metaal in ertsen heeft de mensheid verschillende periodes gehad die zich kenmerkten door een bepaald metaal of metaalbewerking. Zo kende men de bronstijd en de ijzertijd.

Tegenwoordig wordt in metaalbewerking gebruik gemaakt van uiteenlopende metalen en metaallegeringen. In de metaaltechniek wordt vooral staal toegepast. Dit is ijzer met een klein percentage koolstof. Daarnaast wordt ook aluminium gebruikt en worden legeringen gemaakt zoals roestvast staal (RVS).

De doelstelling van metaalbewerking is het maken van individuele onderdelen, halffabricaten,  assemblages of complete constructies. Metaalbewerking is een zeer brede term die onder de metaaltechniek valt. Doormiddel van het bewerken van metalen kunnen uiteenlopende werkstukken en constructies worden vervaardigd. Hierbij kan gedacht worden aan:

  • Bruggen
  • Schepen
  • Jachten
  • Machineframes
  • Balustrades
  • Puiconstructies
  • Kunstwerken

Ook sieraden en horloges worden van metalen gemaakt. Hiervoor worden meestal edelmetalen gebruikt die zeer nauwkeurig worden gewerkt. Daarnaast wordt in de machinebouw en de medische sector ook gebruik gemaakt van metalen in verschillende soorten, maatvoeringen en toleranties. De metaalbewerking is daardoor een zeer brede sector waarin grote en kleine en kleine producten worden gemaakt voor verschillende sectoren: van juwelier tot de bouwbranche.

Metaalbewerkingsprocessen
In de bronstijd, ongeveer 3000 tot 800 voor Christus, maakten mensen vooral gebruik brons. Hiervoor had men kopererts en tinerts nodig. Koper en tin werden samengesmolten en vervolgens in de gewenste vorm gegoten. Brons is echter niet smeedbaar. De ijzertijd zorgde voor een grote verandering. Deze periode begon in Europa vanaf ongeveer 800 voor Christus. IJzer is in tegenstelling tot brons wel smeedbaar en daarnaast kan het ook nog gegoten worden in vormen zoals bij gietijzer en gietstaal gebeurd.

Door de komt van ijzer nam het aantal bewerkingsprocessen in de metaalbewerking toe. Er ontstonden smederijen waarbij een smid ijzer doormiddel van vlamovens op temperatuur bracht en vervolgens met een hamer op een aanbeeld in de gewenste vorm sloeg. Hierdoor ontstond smeedijzer en smeedstaal.

Tegenwoordig worden vooral machines gebruikt voor het bewerken van metaal. Hierbij maakt men onder andere gebruik van werktuigmachines. De moderne metaalbewerkingsprocessen zijn zeer divers en worden wel in twee groepen verdeeld:

  • De verspanende metaalbewerking. Deze metaalbewerking omvat verschillende metaalbewerkingsprocessen waarbij het basismateriaal doormiddel van verspaning in de juiste vorm wordt gebracht. Er worden hierbij kleine spaantjes van het materiaal verwijdert tot de juiste vorm en afmeting is ontstaan. Voorbeelden van verspanende bewerkingstechnieken zijn: boren, slijpen, draaien, frezen, schaven en zagen.
  • De niet-verspanende metaalbewerking. Binnen deze groep zijn uiteenlopende metaalbewerkingsprocessen aanwezig. Dit kunnen plaatbewerkingstechnieken zijn zoals: walsen, zetten en snijden. Ook smeden en gieten behoren tot de niet-verspanende metaalbewerking. Lassen is een hele bekende vorm van niet-verspanende metaalbewerking en wordt veel in de metaalbewerking toegepast. Doormiddel van lassen worden een niet-uitneembare verbinding gemaakt tussen metalen (of kunststoffen). Lassen behoort tot verbindingsprocessen in de metaalbewerking. Hier valt ook solderen onder.

Wat is metaalmoeheid en wat zijn de oorzaken van metaalmoeheid?

Metaal kan door langdurige zware belasting of frequente kortdurende belasting bepaalde eigenschappen verliezen die verband houden met de sterkte, elasticiteit en hardheid van metaal. Dit verschijnsel wordt ook wel metaalmoeheid genoemd. Wanneer metaalmoeheid in een staalconstructie optreedt kan het staal door de voortdurende belasting gaan vervormen. Hierdoor worden de  eigenschappen van de staalconstructie minder. Het is belangrijk dat metaalmoeheid in een constructie tijdig wordt geconstateerd. Wanneer dit namelijk niet gebeurd zal metaalmoeheid  de kwaliteit van de constructie steeds verder aantasten. Uiteindelijk kan door metaalmoeheid een deel van de metaalprofielen gaan verbuigen, scheuren of zelfs breken. Metaalmoeheid wordt ook wel vermoeiing van metaal genoemd.

Oorzaken van metaalmoeheid
Metaalmoeheid uit zich pas wanneer de staalconstructie al een tijd in gebruik is genomen en onder belasting is komen te staan. De oorzaak van metaalmoeheid kan liggen in het verkeerd bouwen van een staalconstructie. Bepaalde delen van een staalconstructie kunnen tijdens het bouwen onder spanning komen te staan. Daarnaast kan gebruik zijn gemaakt van beschadigde profielen of van profielen die niet de gewenste sterkte hebben. Voor bijvoorbeeld de bouw van loodsen is het belangrijk dat de staalconstructie op een stevig fundament staat. Wanneer dit niet gebeurd kunnen bepaalde delen van de staalconstructie zwaarder belast worden omdat de constructie kan verzakken.

Een belangrijk deel van de metaalmoeheid kan worden voorkomen tijdens het ontwerpen van de constructie in de tekenkamer. Een constructeur moet bij het ontwerp van een constructie goed rekening houden met de belasting waaraan de constructie in de praktijk komt bloot te staan. Het ontwerp is gebaseerd op een uitgangsbelasting. Stalen liggers worden normaal gesproken in een ontwerp verwerkt op basis van tachtig procent van de verwachte capaciteit. Ook van andere onderdelen van bijvoorbeeld een loods of machine is van te voren de verwachte belasting in kaart gebracht. Metaalmoeheid kan zowel in statische objecten plaatsvinden als in roterende metalen objecten. Bij de ontwikkeling van machines en constructies wordt door de constructeur rekening gehouden met deze belasting.

Wanneer de constructie of machine niet conform de richtlijnen wordt gebouwd is de kans aanwezig dat het metaal onder zwaardere belasting komt te staan dan in het ontwerp is aangegeven. Daarnaast komt het in de praktijk ook voor dat een machine of constructie zwaarder wordt belast dan het oorspronkelijke doel waarvoor het ontworpen werd. Wanneer staal voortdurend maximaal wordt belast of nog zwaarder wordt belast ontstaat er rek in het metaal. Wanneer deze rek te groot wordt ontstaat vervorming. Het materiaal wordt namelijk vermoeit door de voortdurende overbelasting. Vervorming die boven de maximale rekgrens plaatsvind en doorzet zorgt voor blijvende schade aan de constructie wanneer dit niet probaat wordt opgelost. Er wordt in de constructieleer ook wel over vloeigrens gesproken. Deze grens is bijna gelijk aan de rekgrens.

Hoe kan metaalmoeheid worden herkent?
Metaalmoeheid kan worden herkend aan de vervorming van metaal. Deze vervorming kan op verschillende manieren plaatsvinden. Zo kunnen delen van een constructie doorbuigen of gaan scheuren. De manier waarop de vervorming plaatsvind is afhankelijk van het soort metaal of de legering. In de metaalkunde wordt aandacht besteed aan het fenomeen vermoeiing. Er zijn specialisten in de metaalkunde die specifiek geschoold zijn voor het onderzoeken van metaalmoeheid en de gevolgen daarvan. De gegevens die uit deze onderzoeken naar voren komen worden verwerkt in rapporten. Deze informatie is van groot belang voor constructeurs.

Koudgewalst of warmgewalst staal
Er een verschil tussen warmgewalst staal en koudgewalst staal. In een constructie met warm gewalst staal zal de metaalmoeheid geleidelijk optreden. Koudgewalst staal ontstaat wanneer  warmgewalst staal afgekoeld wordt en vervolgens koud wordt  gewalst. Door deze extra bewerking is koudgewalst staal duurder dan warmgewalst staal. Het koudwalsen van staal zorgt er voor dat het metaal harder wordt. Hierdoor neemt de sterkte toe maar de vervormbaarheid af. Wanneer metaalmoeheid optreed bij koudgewalst staal zal er sneller een scheur of breuk ontstaan.

Metaalmoeheid voorkomen
Metaalmoeheid kan voor een groot deel worden voorkomen wanneer de constructeur zich houd aan de eigenschappen van de metaalsoorten en geen constructie ontwerpt die te zwaar belast is of onder normaal gebruik te zwaar belast kan worden. Er kunnen natuurlijk altijd extreme omstandigheden ontstaan waar een constructeur geen rekening mee kan houden. Hierbij kan gedacht worden aan overstromingen, aardbevingen en orkanen. In gebieden waar regelmatig aardbevingen plaatsvinden zorgen constructeurs echter wel voor speciale constructies die een bepaalde elasticiteit hebben. Hierdoor kunnen de gebouwen, bruggen en andere constructies de krachten van een aardbeving redelijk compenseren. Het is natuurlijk de vraag of het gebouw na afloop van de aardbeving nog wel veilig is.

Bij het maken van constructies moeten de monteurs zich houden aan de richtlijnen die op de tekening en beschrijving zijn aangegeven. Desondanks kunnen wel constructiefouten ontstaan. Men kan de tekening niet goed lezen of bepaalde onderdelen van de constructie niet goed aan elkaar bevestigingen. Dit kan gebeuren door uitneembare verbindingen zoals bouten niet voldoende aan te draaien of een las verkeerd te plaatsen. Daarom zijn bedrijven in de staalconstructies tegenwoordig verplicht om hun lasmethodes te beschrijven. Ook de lassers moeten worden gecertificeerd om conform de normen te lassen. Hierdoor kunnen constructiefouten worden voorkomen.

Wat is een constructeur en wat doet een constructeur?

Constructeurs zijn ontwerpers van constructies. Een constructeur kan in de werktuigbouwkunde werker maar kan ook werkzaam zijn in de bouw. Een constructeur geeft vorm aan een constructie door deze te tekenen. Daarbij maakt een constructeur gebruik van verschillende berekeningen. Deze berekeningen zijn nodig omdat de hoeveelheid materiaal die benodigd is in kaart moet worden gebracht. Daarnaast worden door een constructeur berekeningen gemaakt met betrekking tot de sterkte van verbindingen en profielen. Een constructeur zorgt er voor dat de constructie die ontworpen wordt voldoet aan de veiligheidseisen en mechanische eisen die er aan worden gesteld.

Standaardisering vanuit ISO en NEN
Een constructeur hoeft echter zelf niet te analyseren waaruit het materiaal bestaat dat voor een constructie wordt gebruikt. Wanneer gebruik wordt gemaakt van metalen profielen is de kwaliteit van deze profielen bekend. De kwaliteit is gestandaardiseerd door de ISO. Dit is een Internationale Organisatie voor Standaardisatie is een wereldwijd normen vastlegt. De NEderlands Norm NEN verwerkt de internationale ISO normen naar landelijke richtlijnen voor producten. Door het gebruik van strengen normen kan een constructeur er op vertrouwen dat de kwaliteit en eigenschappen van  producten die hij gebruikt voor zijn constructie van te voren goed getest zijn en vast liggen.

Metallurg en constructeur
De eigenschappen van veel metalen zijn van te voren bekend wanneer metalen worden ingekocht. Ook de eigenschappen van profielen ligt van te voren vast. Wanneer er echter nog onduidelijkheden zijn over de samenstelling van metalen en metaallegeringen kan een constructeur een beroep doen op de kennis van een metallurg. Een metallurg heeft specifieke kennis van de samenstelling van metalen en legeringen. Hij of zij kan indien nodig metalen analyseren op het gebied van samenstelling en eigenschappen. Met name de mechanische eigenschappen zijn voor een constructeur van belang.

Wat doet een constructeur?
bij het ontwerpen van machines, gebouwen en andere constructies moet een constructeur met verschillende aspecten rekening houden. Een aantal belangrijke aspecten worden hieronder puntsgewijs genoemd:

  • Een constructeur moet naast de materialen ook goed weten waarvoor de constructie is bedoelt. Dit wordt ook wel de utilitas genoemd. Hiervan is het woord utiliteit afgeleid. Met utilitas wordt het doel of het nut van het gebouw of de machine die door de constructeur ontworpen word bedoelt.
  • Daarnaast wordt gekeken naar de eisen die aan de constructie worden gesteld op het gebied van kracht. Hiervoor wordt het woord firmitas gebruikt.
  • Tot slot wordt gekeken naar eventuele esthetische aspecten. Dit zijn eisen op het gebied van vormgeving. Bij het ontwerp van woningen komt architectuur aan de orde. De esthetische en architectonische aspecten vallen onder de term venustas.

Wanneer de constructeur een goed beeld heeft van het doel van de constructie, de benodigde kracht en de esthetische aspecten, kan de constructeur verder met het uitwerken van de plannen.  Hiervoor moet een constructeur ook weten welke materialen toegepast moeten worden.

Zodra deze gegevens zijn verzamelt kan hij of zij berekeningen maken over de manier waarop de onderdelen van de constructie het beste met elkaar verbonden kunnen worden. Wanneer echter al tekeningen zijn gemaakt door een tekenaar kan een constructeur ook de berekeningen achteraf maken. Hierbij gaat de constructeur omgekeerd te werk. Het hele bouwwerk wordt ontleed zodat uiteindelijk alleen de dragende delen naar voren komen. Dit zijn onder andere de kolommen en de dragende profielen die nodig zijn om de constructie haar stevigheid te bieden. In de bouw wordt hierbij ook gekeken naar  het fundament, de vloeren, de muren en het dak.

De constructeur bepaald welke materialen nodig zijn voor de dragende delen. Daarnaast bepaald de constructeur ook hoe de onderdelen van de draagconstructie aan elkaar verbonden moeten worden. Door de ontwerpen te schematiseren kan de constructeur de constructie toetsen. Hierbij wordt gekeken naar de uitwerking die verschillende krachten op de constructie kunnen hebben.   

Wat moet een constructeur kunnen?
Een constructeur heeft een belangrijke functie. Wanneer een constructeur fouten maakt in de berekeningen van een constructie kunnen de gevolgen ervan enorm zijn. Woningen kunnen instorten of balkons kunnen afbreken. Ook in de werktuigbouwkunde kan de schade heel groot zijn wanneer de constructeur zijn of haar werkzaamheden niet goed uitvoert.

Een constructeur moet over een gedegen opleiding beschikken. Meestal is voor de functie constructeur een HBO of universitaire opleiding vereist. Daarnaast moet een constructeur goed technische tekeningen kunnen lezen en over een behoorlijke materiaalkennis beschikken. Omdat er veel berekeningen moeten worden gemaakt moet een constructeur een goed wiskundig inzicht hebben. Ook het maken van tekeningen kan aan de orde komen. Deze tekenprogramma’s zijn tegenwoordig bijna allemaal digitaal. Een constructeur moet daarom goed met computers overweg kunnen.

Waarvoor wordt een trekproef gebruikt en hoe wordt een trekproef gedaan?

Het is in de werktuigbouwkunde belangrijk dat de juiste materialen worden gekozen voor een bepaalde toepassing. Wanneer een machine of constructie wordt ontworpen wordt naast de vorm van de constructie en de verbindingen ook gekeken naar de materialen die worden gebruikt. Deze materialen moeten over bepaalde eigenschappen beschikken om de constructie stevig genoeg te maken voor het beoogde doel waarvoor de constructie is ontworpen. Een van de methodes om de eigenschappen van metalen in kaart te brengen is het doen van een trekproef.

Wat is een trekproef?
Een trekproef wordt in de werktuigbouwkunde veel gebruikt om de treksterkte, de elastische rek en de vloeigrens of rekgrens van metalen te meten. Een trekproef is een beproevingsmethode die destructief is. Dit heeft te maken met het feit dat het materiaal dat getest wordt na de test onbruikbaar is. Het proefmonster dient daarom alleen maar voor de test en kan daarna als verloren worden beschouwd. Het proefmonster wordt in een trekbank geplaatst tussen twee klemmen. Deze klemmen oefenen een bepaalde belasting uit op de proefstaaf tot deze knapt of breekt. Tijdens dit proces worden verschillende metingen verricht die nauwkeurig worden bijgehouden. De metingen vormen belangrijke informatie voor werktuigbouwkundigen.

Genormaliseerde proefstaaf
Het proefmateriaal gaat tijdens de trekproef verloren. Dit komt doordat de proefstaaf breekt. Toch moet het proefmonster wel aan hoge eisen voldoen. Het is belangrijk dat het proefmateriaal wel exact de juiste samenstelling bevat. Van te voren moet goed bekend zijn wat de samenstelling van het proefmateriaal is omdat de proef anders geen waarde heeft. Daarom moet de proefstaaf die getest wordt van te voren genormaliseerd zijn. Bij een trekproef wordt in feite gekeken naar de eigenschappen van metaal door deze aan een proef te onderwerpen.

Hoe gaat een trekproef in zijn werk?
De proefstaaf wordt geplaatst in een trekbank. Hierbij wordt de genormaliseerde proefstaaf vastgezet tussen twee klemmen. Veel trekproeven worden bewegingsgestuurd. Hiermee wordt bedoelt dat op het proefstuk een bepaalde rek wordt gelegd. De klemmen voeren langzamerhand de belasting op de proefstaaf op. Dit gebeurd door een hydraulische aandrijving, maar er kan ook gebruik worden gemaakt van een spindelaandrijving. Door de opgelegde belasting zal de proefstaaf op een gegeven moment oprekken. Dit is elastische rek die in eerste instantie niet tot breuk zal leiden. De belasting duurt echter voort waardoor er plastische rek optreed in de proefstaaf. Nu is de proefstaaf zover opgerekt dat deze niet meer naar de basisvorm terugkeert wanneer de belasting wordt weggenomen. De volgende stap is de vloeigrens. Hierbij wordt de proefstaaf nog dunner en zal deze uiteindelijk breken omdat de proefstaaf door de belasting ‘uit elkaar is getrokken’.

Tijdens dit proces worden een aantal metingen gedaan. De extensiometer meet de verlenging van de proefstaaf. Deze verlenging kan ook door een rekmeter worden gemeten. Daarnaast wordt de kracht die wordt uitgeoefend op de proefstaaf gemeten met de krachtmetercel. De informatie die uit deze metingen naar voren komt wordt goed bijgehouden. Deze informatie geeft de materiaaleigenschappen aan van de genormaliseerde proefstaaf. Daardoor weten constructeurs welke eigenschappen het materiaal van de proefstaaf heeft. Daarmee kunnen ze rekening houden met het ontwerpen van constructies wanneer ze het materiaal willen gaan toepassen.

Er zijn verschillende soorten trekproeven. Trekproeven die bewegingsgestuurd zijn kunnen een afname hebben van de spanning terwijl de proef verloopt. Dit is niet het geval bij een spanningsgestuurde trekproef. Dit type trekproef vergt echter wel speciale apparatuur die erg kostbaar is. Deze apparatuur kan de spanning in de vijzel aanpassen wanneer het materiaal in korte tijd zeer snel uitrekt.

Wat is elastische rek, treksterkte, rekgrens en vloeigrens?

In de werktuigbouwkunde en de staalconstructie worden verschillende constructies en machines vervaardigd. Het is belangrijk dat machines en constructies zo zijn geconstrueerd dat ze veilig en sterk genoeg zijn voor de toepassingen die men op het oog heeft. Hierbij is de keuze voor de juiste materialen erg belangrijk. Er wordt in de werktuigbouwkunde veel gebruik gemaakt van metalen. Metalen hebben verschillende eigenschappen die doormiddel van legeringen kunnen worden verbetert. Bij het beoordelen van de sterkte van metalen kan gekeken worden naar de treksterkte en de vloeigrens. Deze termen worden hieronder uitgelegd. Daarnaast wordt nog meer informatiegegeven over onderwerpen van de sterkteleer binnen de werktuigbouwkunde.

Wat is elastische rek?
Elastische rek is de rek waaraan materiaal maximaal kan blootstaan voordat het materiaal onherstelbaar van vorm verandert. Elk materiaal heeft een bepaalde elasticiteit. Binnen de fase van elastische rek vervormt het materiaal slechts in geringe mate. Het materiaal rekt als het ware een beetje uit. Omdat deze rek nog binnen de grenzen valt van de elasticiteit spreekt men over elastische rek. Materialen keren terug naar de beginvorm wanneer de belasting geheel wordt weggenomen. Materialen hebben een maximale spanning waaraan ze kunnen blootstaan voordat het materiaal onherstelbaar wordt vervormd. Dit wordt ook wel de treksterkte genoemd. Dit onderwerp wordt in de volgende alinea beschreven.

Wat is de treksterkte van metaal?
Metalen hebben een bepaalde treksterkte. Deze treksterkte is de mechanische spanning die een materiaal maximaal kan bereiken voordat het materiaal onherstelbaar van vorm verandert. Wanneer de treksterkte wordt overschreden treed een plastische vervorming op. In dat geval is de ‘rek’ er uit. In tegenstelling  elastische vervorming keert materiaal dat plastisch vervormd is niet naar de basisvorm terug. Plastische vervorming treed bij de meeste staalsoorten op voor de vloeigrens. De vloeigrens wordt in de volgende alinea beschreven.

Wat wordt bedoelt met de vloeigrens van metaal?
Wanneer het materiaal door een bepaalde belasting plastisch begint te vervormen wordt de vloeigrens bereikt. Het materiaal rekt verder uit door de belasting en begint ‘te vloeien’. Dit vloeien ontstaat doordat materiaal voortdurend wordt uitgerekt en daardoor langer maar dunner wordt. Wanneer de vloeigrens eenmaal is bereikt en de belasting niet wordt weggenomen is de kans groot dat het metaal breekt en de constructie onherstelbaar wordt beschadigd. Staal met een hoge vloeigrens heeft een hoge taaiheid. Een constructeur ontwerpt geen constructies waarbij materiaal boven de vloeigrens wordt belast.

Is de rekgrens gelijk aan de vloeigrens?
In de werktuigbouwkunde wordt de term rekgrens ook wel gebruikt. De rekgrens is bijna gelijk aan de vloeigrens. De vloeigrens wordt ook wel aangeduid met Rp 0,2. Deze aanduiding houdt in dat naast de elastische rek die is bepaald door de elasticiteitsmodulus nog een supplementaire rek optreed van 0,2%. De rekgrens kan in tabellen worden weergegeven zodat constructeurs goed kunnen zien welke materialen geschikt zijn voor de toepassing die zij voor ogen hebben.

Hoe worden de treksterkte, elastische rek, rekgrens en de vloeigrens bepaald?
Een bekende methode om de bovengenoemde eigenschappen van metalen te bepalen is het doen van een trekproef. Dit is een destructieve beproevingsmethode omdat het proefmateriaal hierbij wordt vernield. Bij een trekproef wordt in feite gekeken naar de eigenschappen van metaal door deze aan een proef te onderwerpen. Hierbij wordt gebruik gemaakt van een genormaliseerde proefstaaf van het materiaal dat getest moet worden. Deze proefstaaf wordt tussen twee klemmen in geplaatst die vervolgens een bepaalde belasting op de proefstaaf uitoefenen. Tijdens de trekproef worden verschillende metingen gedaan. De trekkracht wordt gemeten doormiddel van een zogenoemde krachtmeetcel. De staaf zal op een gegeven moment elastische rek gaan vertonen. Deze verlenging van de proefstaaf wordt gemeten met een extensiometer of een rekmeter. De informatie die uit een trekproef naar voren komt kan gebruikt worden om de eigenschappen van het materiaal in kaart te brengen. Dit is van groot belang voor de constructieleer en het bepalen van de geschiktheid van het materiaal voor een bepaalde toepassing.