Bewerkte lasconstructie of gietstuk: hoe kiest u voor een machinefundatie

Voor een machinefundatie, kolom of bed zijn er twee gevestigde antwoorden: gieten in grijs gietijzer, of fabriceren uit staalplaat en bewerken. Beide zijn respectabel. De keuze komt meestal neer op aantal, levertijd en of u demping meer nodig hebt dan stijfheid.

De korte versie

	Bewerkte stalen lasconstructie	Gietijzer
Gereedschapskosten	Geen	Model: aanzienlijk, weken om te maken
Levertijd, eerste stuk	8–12 weken	16–24 weken inclusief model
Stuksprijs bij aantal 1–10	Lager	Hoger
Stuksprijs bij aantal 50+	Hoger	Lager
Stijfheid per massa-eenheid	Hoger (E ≈ 200 GPa)	Lager (E ≈ 100–130 GPa)
Trillingsdemping	Laag	Hoog
Ontwerpwijzigingen	Goedkoop, hertekenen en snijden	Duur, nieuw model
Complexe inwendige geometrie	Moeilijk	Natuurlijk
Repareerbaarheid	Lasbaar	Moeilijk

Stijfheid: staal wint op papier

De elasticiteitsmodulus van staal is ruwweg 200 GPa. Grijs gietijzer zit rond 100–130 GPa, afhankelijk van de soort. Voor dezelfde doorsnede is staal bijna twee keer zo stijf.

In de praktijk wordt het verschil kleiner, omdat gietstukken meestal met dikkere wanden en royalere ribben worden ontworpen: het gietproces maakt complexe geribde geometrie bijna gratis, terwijl elke rib in een lasconstructie nog een onderdeel is om te snijden, te passen en te lassen.

De eerlijke stelling is dus: een lasconstructie haalt een bepaalde stijfheid met minder massa; een gietstuk haalt haar tegen lagere stuksprijs zodra het model bestaat.

Demping: gietijzer wint, en het doet er meer toe dan mensen verwachten

De grafietvlokken van grijs gietijzer geven het een inwendige demping die ruwweg een orde van grootte beter is dan die van staal. De trillingsenergie wordt in het materiaal omgezet in warmte in plaats van na te galmen.

Voor een precisiewerktuigmachine, een slijpmachine, een coördinatenboormachine, alles waar de oppervlaktekwaliteit door trillingen (chatter) wordt bepaald, is dit het hele argument, en daarom zijn machinebedden al een eeuw van gietijzer.

Voor een fundatie die een pomp, een tandwielkast of een testopstelling draagt, doet het er veel minder toe, en is een lasconstructie meestal het betere antwoord.

De middenweg: een stalen lasconstructie met ingebouwde demping. Opties zijn onder meer het vullen van kastprofielen met zand of polymeerbeton, het vastschroeven van dempingslagen met begrensde laag, of simpelweg massa toevoegen waar de modale analyse laat zien dat het helpt. Die winnen tegen bescheiden kosten een nuttig deel van het verschil terug.

Levertijd en het modelprobleem

Een gietstuk heeft een model nodig. Het maken ervan kost weken, kost echt geld en legt de geometrie vast. Dan volgen de wachtrij bij de gieterij, het gieten, het afkoelen, het verouderen en de bewerking.

Een lasconstructie heeft een DXF en een plaat nodig. Die asymmetrie domineert projecten in een vroeg stadium:

• Prototype of eerste exemplaar: lasconstructie, vrijwel altijd. U gaat het ontwerp wijzigen, en bij een lasconstructie kost dat een hertekening.
• Laag volume, 1–20 stuks per jaar: lasconstructie, meestal. Afschrijving van het model komt zelden uit.
• Gevestigde productie, 50+ stuks: het gietstuk begint te winnen, mits het ontwerp vastligt.

Ontwerpvrijheid snijdt aan twee kanten

Gietstukken doen gebogen, organische, inwendig geribde geometrie vanzelf. Een lasconstructie dwingt u tot vlakke plaat en rechte profielen, wat soms meer materiaal betekent voor dezelfde doorsnede-eigenschappen.

Lasconstructies doen groot vanzelf. Boven een bepaalde afmeting worden gieterijen die het onderdeel kunnen gieten zeldzaam en duur, terwijl een fabricagebedrijf gewoon een grotere kraan nodig heeft. Voor een machinebed van 6 m is de lasconstructie vaak het enige realistische antwoord.

Lasconstructies gaan ook goed om met gemengde bouw: dikke plaat waar de belasting zich concentreert, dun waar niet, een bewerkt inzetstuk waar een lager zit. Een gietstuk is één materiaal van begin tot eind.

Wat een bewerkte lasconstructie werkelijk inhoudt

Het is goed dit duidelijk te maken, omdat “gefabriceerd” soms als “ruw” wordt gelezen:

1. Plaat op profiel gesneden, randen voorbereid
2. Gepast in opspanmiddelen, geheft, gecontroleerd op haaksheid
3. Gelast volgens een gekwalificeerde procedure, met een volgorde die is gepland om vervorming te beheersen; zie beheersing van lasvervorming bij zware plaat
4. Spanningsarm gegloeid: de stap die de rest laat standhouden, behandeld in spanningsarm gloeien van gelaste machinefundaties
5. Voorbewerkt
6. Tweede spanningsarm gloeien bij zwaar belaste profielen
7. Afgewerkt tot de eindtolerantie
8. Dimensionele inspectie, doorgaans met lasertracker bij grote afmetingen

Stap 4 en 6 scheiden een machinefundatie van een gewone fabricage. Sla ze over en het onderdeel verandert van vorm na levering.

De kostenfactoren verschillen

De kosten van een gietstuk worden gedomineerd door afschrijving van het model, gietgewicht en bewerking. Het onderdeel 20% zwaarder maken verschuift de stuksprijs nauwelijks zodra het model bestaat.

De kosten van een lasconstructie worden gedomineerd door uren: snijden, passen, lassen, bewerkingsopspanningen. Het onderdeel 20% zwaarder maken met hetzelfde aantal verbindingen verandert ook weinig; maar twintig beugels toevoegen wel. De details staan in wat de kosten van zware frames en skids bepaalt.

Een beslisvolgorde

1. Is trilling (chatter) of demping de maatgevende eis? Zo ja, neig naar gietijzer, of naar een lasconstructie met ingebouwde demping.
2. Hoeveel gaat u er in drie jaar bouwen? Onder de twintig, neig naar lasconstructie.
3. Ligt het ontwerp vast? Zo niet, lasconstructie.
4. Is het in een richting groter dan ongeveer 3 m? De lasconstructie wordt steeds meer het praktische antwoord.
5. Hoe snel hebt u de eerste nodig? Een lasconstructie scheelt ruwweg twee maanden.
6. Moet het in het veld gerepareerd of aangepast kunnen worden? Lasconstructie, die kan worden doorgesneden en opnieuw gelast.

De meeste fundaties voor industriële apparatuur, skids, persframes en testopstellingen belanden bij de lasconstructie. Precisiebedden voor werktuigmachines in serieproductie belanden bij het gietstuk. De interessante gevallen liggen ertussen, en ze zijn het waard om te modelleren in plaats van aan te nemen.

Werkt u deze beslissing uit voor een echte fundatie? Stuur de tekening of het belastinggeval en binnen 24 werkuren vertellen wij u welke bedrijven bij de gefabriceerde route passen. Zij geven kosten en levertijd rechtstreeks door.