3.3 Behuizing 1, 2 & 3 (Jeroen)
3.3.1 Inleiding: In deze paragraaf wordt besproken hoe deze onderdelen van de lijmklem tot stand zijn gekomen, bijvoorbeeld het verwerkingsproces. Hoe krijgt het onderdeel zijn vorm? Hoeveel tijd neemt het in beslag om één onderdeel te maken? En welke kosten brengt dat met zich mee? Dat zijn enkele vragen waar antwoord op wordt gegeven. De Solid Works tekening van behuizing 2 is gemaakt door Imre Mul, de tekening van behuizing 3 is gemaakt door Edwin Kosters. Edwin heeft ook nog een deel van de berekeningen van behuizing 3 gedaan. 3.3.2 Functie onderdeel De functie van de behuizing 1 & 2 is voornamelijk het beschermen van de interne onderdelen tegen de omgeving. Verder moet het de gebruiker duidelijk maken wat de werking van het product is. Behuizing 3 moet de krachten van de afsluitkappen opvangen wanneer de klem vast wordt gedraaid
4
3.3.3 Analyse gebruikers eisen
Overzichtelijke symbolen sterk geen scherpe randen. niet te zwaar
Overzichtelijke Symbolen Wanneer de gebruiker het product heeft aangeschaft moet het vrij duidelijk zijn en niet veel tijd kosten om achter de werking van het mechanisme te komen. Om die tijd te verkorten zijn er symbolen (pijlen) op de behuizing aangebracht. De richting van de pijl wordt geassocieerd met de richting waar je de hefboom naar toe moet knijpen. Sterk De behuizing 1, 2 & 3 moet relatief sterk zijn om z’n functie als bescherming van interne onderdelen te houden. Wanneer de behuizing kapot gaat worden de interne onderdelen niet meer beschermt en op hun plaats gehouden waardoor het product niet (goed) kan functioneren. Aangezien het product een gereedschap is zal het materiaal tegen een stootje moeten kunnen. Wanneer het uit de handen van de gebruiker op de grond valt zal het daar tegen moeten kunnen. Geen scherpe randen Geen scherpe randen aan de behuizing lijkt ons duidelijk. Het mag niet zo zijn dat de gebruiker tijdens het gebruik moet uit kijken dat hij zich bezeert. Niet ze zwaar Hier geldt dezelfde punten als bij de Rail, het is namelijk niet voor de professionele markt bedoeld en moet voor een wijd publiek handbaar wezen. Wanneer het gewicht een negatieve factor wordt zal een gedeelte van de consumenten het product niet optimaal kunnen gebruiken. 3.3.4 Analyse fabricage eisen
goedkoop te produceren Duurzaamheid van minimaal 5 jaar
5
Goedkoop te produceren. Dat de fabrikant het product zo goedkoop mogelijk wil produceren is vrij logisch. Hoe goedkoper de grondstoffen en productie keuze des te goedkoper het totaalproduct zal wezen (kunnen zijn.) Nogmaals het product is niet bedoeld voor de professionele markt en zullen de grondstoffen op veel soepelere criteria worden gekozen. Echter zal de fabrikant wel zijn norm moeten behalen van 5 jaar garantie, maar daarover hieronder meer. Duurzaamheid van minimaal 5 jaar. Zoals hierboven ook al genoemd, vind de fabrikant het natuurlijk erg belangrijk dat zijn gemaakte onderdelen van goede kwaliteit zijn. De norm die de fabrikant gesteld heeft bij de duurzaamheid van het product is vijf jaar. Er zal dus gekeken worden naar welke grondenstoffen onder de hierboven genoemde factoren de levenscyclus van vijf jaar zal halen, en op basis van die gegevens een materiaal kiezen die relatief sterk en goedkoop is en een duurzaamheid van minimaal vijf jaar heeft. 3.3.5 Fabricage methode Behuizing 1, 2 & 3. Het handige van kunststoffen is dat er soms op staat waarvan het materiaal is gemaakt. Zo ook in dit geval! Gertjan heeft de fabricage methode van spuitgieten, daarom verwijs ik u door naar zijn deel waar word uitgelegd hoe het spuitgieten gedaan wordt. De behuizing is dus gemaakt van een kunststof. Aan de binnenzijde van de behuizingen staat PA6+30%GF wat een aanduiding is voor het kunststof: polyamide 6 waarbij 30% glasvezel is toegevoegd. We hebben de kunststof ook vastgesteld door middel van infrarood analyse. Daaruit was af te lezen dat het betreffende materiaal inderdaad uit polyamide 6 is opgebouwd, maar er was niet af te lezen dat er glasvezel bij zat. De reden dat er glasvezel toegevoegd is dat het hogere mechanische belastingen weerstaat. Normale Polyamide weerstaat een treksterkte van 60 MPa, Polyamide met glasvezels weerstaat een treksterkte van 160 MPa!
3.3.6 Mechanische eigenschappen: Pa6 + 30% GF= Treksterkte = Breukrek = Buigsterkte = E-Modulus =
Polyamide 6 + 30% Glasvezel. 160 MPa 4% 200 MPa 10 GPa
6
3.3.7 Kosten voor productie behuizing 1 Materiaalkosten behuizing 1: Materiaalkosten = Vmat * ρ * (Kmat – V’afval (Kr – Kafvoer)) Vmat * ρ = Mmat (kg) = 0.081 kg Vmat = volume materiaal n.v.t Ρ = soortelijk gewicht n.v.t Kmat = kostprijs (€/kg) = € 3,80 V’afval = afval (%) = 20% Kr = restwaarde (€/kg) = € 0,76 Kafvoer = afvoerkosten (€) = € 0.10 0,081*(3,80-0.20(0,76 – 0,10) = 0,20 Materiaalkosten = 0,20 €/product behuizing 1 Voor de totaalserie worden de kosten: 0.20*500 000 = 100 000 euro Cyclustijd Behuizing 1: De dikste Wanddikte is 4mm 2,64*d2 = 2.64*42 = 42 sec is de afkoel cyclustijd, aangezien de dikste wand hier iets dikker is, en het onderdeel een stuk groter dan de Contactpunten rekenen wij 15 seconden voor het maken van 1 onderdeel. Totale tijdsduur productie Behuizing 1 = 42 + 15 = 57 seconden. De kosten van een bediende betrokken bij het maken van behuizing 1 is: (0.39/60)*57 = 0.37 euro Hierbij bedraagt de totale serie 500 000 stuks. De totale productietijd van deze serie is: 500 000*57 = 28 500 000 seconden = 7917 uur. De kosten van een bediende is 23.50 euro per uur. De totale kosten van het produceren van deze serie met een machine bediende is: 7917*23.50 = 186 049.50 euro Gereedschapskosten: Levensduur matrijs 250 000 stuks Kosten Matrijs (voor PA6 en TPE) = € 10 000 Behuizing 1: 10 000*2 = 20 000 euro Contactpunten: 10 000*2= 20 000 euro Kosten Mens/uur tarief: Een machinebediende verdient bruto 20000 euro per jaar. De werkgever betaalt daar dan nog 6200 euro overheen Wat een totaal bedrag van 26200 per machinebediende is. Dat kost dan per uur M2 = (1,2/0,88) * (26200/1520) = 23,50 euro per uur. Daarbij gaan wij ervan uit dat er één machinebediende vier machines kan bedienen. 7
Kosten Spuitgietmachine/uurtarief: Knw Aanschaf = € 250 000 Kop Opstellingskosten = € 25 000 Kr Restwaarde = € 25 000 Lmin Minimale (economische) levensduur: 20 jaar Opstellingsruimte = 150 m2 Variabele kosten (per dag) = € 15,00 Z Productieve uren = 760 Afschrijvingskosten Maj = (Knw + Kop – Kr)/Lmin Maj = € 12 500. Rentekosten Mrj = 3,5% * (Knw + Kop)/2 Mrj = € 4 812,50 Huisvesting Mhj = 125*opstellingsruimte Mhj = € 18 750 Onderhoudskosten Mond = 4% * Knw Mond = € 10 000 Variabele kosten Mvar = variabele kosten * aantal werkdagen per jaar. Mvar = € 2 850 Machine-uurtarief Ml = Maj + Mrj + Mhj + Mond + Mvar / Z
= =
64,36 €/uur 1,07 €/minuut
Kosten Machine voor behuizing 1 = 64.36*7917 = 509 538.12 euro totaal. Totaalkosten behuizing 1: Materiaalkosten + Kosten Spuitgietmachine + Gereedschapskosten + Mens/Cyclus 100 000 euro + 509 538.12 euro + 20 000 euro + 186 049.50 euro Totaal = 815 587.62 euro is 1.63 euro per onderdeel.
8
3.3.8 Functioneert Behuizing1? Voordat we een sterkte en stijfheid van de behuizing1 kunnen berekenen kijken we welke krachten erop staan. De lengte waar de krachten zich afspelen is 55mm lang.
Hieronder is een VLS weergeven van de situatie. De situatie hieronder beschrijft de kracht die de rail levert (rechts) tot aan het punt waar de contactpunten bevestigd zijn (punt A) die afstand bedraagt 55 mm. 1650N
Mb A 1650N
∑Fx ∑Fy ∑Mb
=0 =0 =0
N = 0N D = 1650 - 1650 M = F*55 = 1650*55=
D = 1650N 90.75 Nm
9
Normaal-lijn
1650 N Dwarslijn
Momentlijn
-90.75
1650*0,055+M = 0 M = -91Nm Dit bepaald de zwaarst belaste doorsnede. Namelijk op 55 mm van punt A. Voor dat we de buiging kunnen meten moeten wij eerst I bepalen. Het traagheidsmoment I is een vormfactor die verband houdt met de vorm en maat van de doorsnede van een balk. 17mm
11mm 36mm 7mm
I = 1/12*b*h3
1/12*0.017*0.0363 1/12*0.017*0.0183 6.61*10-8 - 8.26*10-9
= 6.61*10-8 mm4 = 8.26*10-9 mm4 = 5.78*10-8 mm4
De formule voor buiging is σ= (M*e)/I
10
Onze worst case was dat er een kracht van 1650 N op de klemmen komt te staan. Deze kracht komt dus ook voor in de Behuizing1. F M I e
= 1650 N = 1650 * 0.055 = 91Nm = 5.78*10-8 mm4 = 36/2 = 18mm = 0.018m
σ= (M*e)/I (91*0.018)/ 5.78*10-8 = 28,94 MPa
De zwakke punten van de behuizing zijn aangegeven met een rode kleur. De punten waar weinig tot geen krachten op komen zijn met een blauwe kleur aangegeven.
11
Hieronder is de tweede situatie beschreven waar een staaf in de behuizing wordt gehouden. Hierbij komt er druk op de buisvormige verhoging te staan. In de verhoging komt een kracht die kleiner is dan 1650. Er komt een staaf in de buisvormige verhoging. Uit de berekeningen die Wierd gemaakt heeft, blijkt dat er een kracht van 1031.25N op de behuizing komt te staan.
R = 4,5 mm r = 3 mm
R Z r
Voor een ronde buis geldt de formule voor de oppervlakte die hieronder beschreven staat.
Gegevens:
d = 5,75 mm D = 9 mm
A = (∏/4 D2) - (∏/4 d2) = ∏/4 (92 – 5.752) = 37,65 mm2 σd = F/A 1031.25/37.65 = 27.39 N/mm2 Conclusie voor behuizing 1: De toelaatbare buigspanning is 200 Mpa. In de eerste situatie werd er een kracht uitgeoefend van 66,24 MPa, die kracht is ruim toelaatbaar. De drukspanning in de tweede situatie is 27.39 N/mm2 = 27.39 MPa De Vloeigrens van PA6/30%GF is 200 MPa en aangezien de drukspanning 27.39 N/mm2 is, is de spanning dus toelaatbaar. In de werkelijke situatie zal er wel een grotere kracht mogelijk zijn omdat de ‘buis’ wordt gesteund door 3 ‘balken’ (aangegeven met drie rode pijlen)
12
Hieronder is een weergave gegeven van de betreffende situatie.
3.3.9 Kosten voor productie behuizing 2 Materiaalkosten = Vmat * ρ * (Kmat – V’afval (Kr – Kafvoer)) Vmat * ρ = Mmat (kg) = 0.022 kg Vmat = volume materiaal n.v.t Ρ = soortelijk gewicht n.v.t Kmat = kostprijs (€/kg) = € 3,80 V’afval = afval (%) = 20% Kr = restwaarde (€/kg) = € 0,76 Kafvoer = afvoerkosten (€) = € 0.10 0,022*(3,80-0.20(0,76 – 0,10) = 0,05 Materiaalkosten = 0,05 €/product behuizing 2 Totale serieprijs = 0.05*500 000 = 25 000 euro Gereedschapskosten: Seriegrootte is 500 000 stuks. Matrijs gaat 250 000 stuks mee, dus 10 000*2 = 20 000 euro.
13
Cyclustijd Behuizing 2: De dikste Wanddikte is 3mm 2,64*d2 = 2.64*32 = 23,76 sec is de afkoel cyclustijd. Wij rekenen 15 seconden voor het maken van 1 onderdeel. Totale tijdsduur productie Behuizing 2 = 23,76 + 15 = 38,76 seconden. De kosten van een bediende betrokken bij het maken van behuizing 2 is: (0.39/60)*38,76 = 0.37 euro Kosten Mens/uur tarief: Hierbij bedraagt de totale serie 500 000 stuks. De totale productietijd van deze serie is: 500 000*38,76 = 19 380 000 seconden = 5384 uur De kosten van een bediende is 23.50 euro per uur. De totale kosten van het produceren van deze serie met een machine bediende is: 5384*23.50 = 126524 euro Kosten Spuitgietmachine/uurtarief: De spuitgietmachine kost 64,36 per uur. De hele productie tijd van behuizing 2 is 5384 uur. Wat neer komt op (5384*64.36) = 346514,24 euro Totaalkosten behuizing 2 Materiaalkosten + Kosten Spuitgietmachine + Gereedschapskosten+ Mens/Cyclus 25 000 euro + 346514,24 euro + 20 000 euro + 126524 euro Totaal = 518 038,24 euro is 1.04uro per onderdeel.
14
