Christoffer Zandén David Karlsson Delon Mikhail Evelina Edström

Christoffer Zandén David Karlsson Delon Mikhail Evelina Edström

INNEHÅLLSFÖRTECKNING Inledning... 2 Syfte och mål... 2 Metod... 2 CAD/FEM/Printing... 2 Gjutning... 3 Balkböjning... 4 Resultat... 5 CAD/FEM... 5 Balktest... 5 Diskussion/ Analys... 6 1

Inledning Balkar är rektangulära konstruktionselement som förekommer i flera olika former och utföranden. Rapporten innefattar design- och produktionsprocessen för en balk samt hur balken uppför sig vid trycklast. Laborationen går ut på att designa och skapa en balk i aluminium som ska utsättas för ett tre-punkts böjprov. Syfte och mål Syftet med laborationen är att få en djupgående inblick för hur design- och produktionsprocessen för en balk kan se ut. Målet är att designa och konstruera en balk i aluminium som ska klara av en så stor vertikal belastning som möjligt när den utsätts för ett tre-punkts böjprov. Metod CAD/FEM/Printing Det första som gjordes var att skapa en 3D ritad balk i programmet Solidworks. Balken hade en maximal volym på 30cm^3 samt att den skulle vara 190mm lång sedan fick man laborera med hur tjockt livet och flänsarna skulle vara. I CAD-programmet testades balken med hjälp av ett plugin program som heter FEM. Där belastas balken precis som den skulle testas i verkligheten. Mätdata från det testet sparades och balken var då klar att skickas på 3D utskrift. Bildkälla: http://www.multistation.com/objet-eden-260 2

För att balken ska kunna gjutas så skapades en prototyp gjord av plast med hjälp av en 3D-skrivare. Det första steget i processen var att rengöra maskinen och förbereda för utskrift. Detta gjordes i flera steg tillhjälp av en lathund. Sista steget var att skicka filerna av balken till skrivaren. Man beräknade materialåtgången innan körningen för att ungefär se hur mycket som skulle gå åt. Utskriften tog ungefär tre timmar och sedan gjordes lite efterarbete för att få bort stödmaterial från balken. Balken var nu klar och redo att gå till nästa steg som var gjutningen. Gjutning Förberedningen inför själva gjutningen gick till på det sättet att brättet först och främst placerades mellan de båda flaskhalvorna. Därefter placerades balkmodellen i flaskan som packades över med engelsk rödsand med hjälp av en rammare. När det hade packats klart sattes en platta över för att vända flaskan så att även den andra flaskhalvan kunde packas med sand. Efter att båda flaskhalvorna packats med den engelska rödsanden, stoppades ett rör ned i sanden för ingötet som sedan fylldes med flytande aluminium. Efter det flytande aluminiumet hade stelnat plockades den gjutna balken ut, kyldes i vatten och finslipades med en såg och fil. 3

Material Engelsk rödsand Flytande aluminium Rammare Balk modell Brätt Flaska Såg Fil Privat bild Balkböjning Det första steget i balktestet är måttsättning av balkens bredd och höjd, resultatet förs in i datorn. Den gjutande balken placerades i centrum av maskinen på två stöd för att hålla balken på den bestämda placeringen. Luckan stängs och ämnet är redo för prövning. Donet förs ned med en kraft som utgör en punktlast på balken. Verktyget fortsätter att trycka med en vertikalkraft tills föremålet knäcks, hur mycket kraft balken klara av visas i en graf i datorn som analyseras i diskussionen. 4

Resultat CAD/FEM Balken är gjuten i Aluminium som har E-modul 70GPa, brottgräns och sträckgränsen var 165MPa. När balken belastades med 2820N på mitten uppnåddes den maximala spänning 165MPa på undersidan av balken. Balktest Balktestet resulterade att balken som hade måtten 17,9 x 14,9 mm klarade av en kraft på 2351,4 N. A6 Thickness (mm) Width (mm) Force (N) Measure 17,9 14,9 2351,4 Nedan visar den graf som A6s balk fick ut genom balktestet. 5

Diskussion/ Analys I praktiken så klarade balken inte lika stor last som den teoretiska. Vår balk klarade av en last på 2351,4 newton vilket ansågs som medelmåttligt. Den teoretiska beräkningen visade dock en kraft på 3038 newton vilket var betydligt mer än den pratktiska. FEM analysen visade att balken skulle klara en kraft på ca: 2820N vilket är lite närmare det praktiska. När vi gjorde FEM analysen så hade vi mycket problem med hur man skulle tolka allting, vilket gjorde att vi då inte fick reda på hur mycket den skulle klara. Nu i efterhand då vi förstår oss på hur FEM funkar så ser vi att resultatet inte var så bra och att man borde ha konstruerat balken på ett annat sätt. I grafen visar vår avböjningen på 2700 mikrometer vilket är ett högre värde än vad den teoretiska beräkningen gav, 860 mikrometer. Varför balken inte klarade av så stor last som vi hade förutspott beror på felkällor. Vi ritade livet och flänsarna jämntjocka i Solidworks, mer som en konstruktion av en H-balk. En annan felkälla var de slaggprodukter som kom med från gjutningen som vi kunde se när balken hade knäckts. Slaggprodukteran var placeras på underdelen av balken vilken försämrade materialet styrka och på så vis fick balken smäre förutsättnigar att ta upp den maximala lasten. Med den kundskap som vi besitter med idag hade vi ritat vår balk som en I-balk, ett högt liv med bredare flänsar. Anldeningen är att genom ett högt liv kan den ta upp en större verkital tycklast om man jämnför med vanliga H-balkar. 6

7

8

9

Referenser/ Källförteckning Referens: Janne Färms föreläsningar. Bildkälla: http://www.multistation.com/objet-eden-260 10