Smeed het ijzer als het koud is

door Huibert Spoorenberg

Afgelopen vrijdag hield professor Jo Kals zijn afscheidscollege. Met hem vertrekt misschien wel de laatste traditionele hoogleraar van de faculteit Werktuigbouwkunde. Een echte ambachtelijke hoogleraar, zo kenmerkten zijn collega’s van de vakgroep Werktuigkundige Produktie en Automatisering (WPA) hem na afloop, en bovendien huisfilosoof. Eerder op de dag al roemden vier internationale collega’s en vrienden hem op het symposium ‘Omvormen: Een moderne oeroude fabricagetechniek’.

Oeroud modern
Als je met je auto tegen een boom rijdt, dan vervormt die. Omvormen is heel wat anders, zo begon prof. Kurt Lange van de TU Stuttgart zijn voordracht. Dat is namelijk het bewerkstelligen van een gecontroleerde vormverandering van een stuk materiaal. De massa van het om te vormen materiaal kan daarbij variëren van minder dan een gram tot meer dan een ton.
De geschiedenis van de omvormtechniek gaat heel ver terug: archeologische vondsten leveren het bewijs dat de culturele en economische rol ervan al meer dan 4000 jaar geleden is begonnen. Oorspronkelijk gebaseerd op vakmanschap ontwikkelde het zich gedurende de eeuwen daarna tot de wetenschappelijke discipline die we nu kennen. Tegenwoordig wordt een enorme variëteit aan producten gefabriceerd met behulp van omvormtechnieken, er is bijna geen enkel terrein aan te wijzen waar je het niet tegenkomt.
En om producten te kunnen maken moeten bewerkingsprocessen worden ontwikkeld, met als doel het verbeteren van de producteigenschappen, het verhogen van de productiviteit en de flexibiliteit van het proces en natuurlijk de verlaging van de kosten. Daartoe wordt gekeken naar het gedrag van materialen bij hun verwerking en naar de ontwikkelingen in de gereedschapstechnologie, om slijtage aan het omvormwerktuig te minimaliseren. Volgens Lange is het daarom zaak voor universiteiten en de industrie om hun krachten te bundelen en ervaringen uit te wisselen.

Lasertechniek
Als tweede sprak prof. Geiger, hoogleraar aan de universiteit van Neurenberg, over het gebruik van lasertechnieken in de omvormtechnologie. Lasers bezitten de volgende eigenschappen: ze maken geen contact, bestrijken een klein bewerkingsoppervlak met een hoge intensiteit, hebben een hoge bewerkingssnelheid en het proces is goed automatiseerbaar en zeer flexibel. Verder zijn er harde materialen mee te bewerken en is er een hoge maatnauwkeurigheid alsmede een lage oppervlakteruwheid mee te realiseren. Voorbeelden van het gebruik van lasers in de omvormtechniek zijn het nabewerken van de oppervlakken van gereedschapswerktuigen en het fabriceren van mallen.
Lasertechnologie opent dus nieuwe mogelijkheden voor de omvormtechniek: het maakt een verbeterde procesvoering en een aanzienlijk verkorte fabricagetijd van omvormwerktuigen mogelijk. Bovendien kan de laser ook zelf als omvormwerktuig worden gebruikt. Aan het eind van Geiger’s betoog werd namelijk getoond hoe met behulp van een laserstraal plaatmateriaal wordt gebogen.

Levensduur
De voornaamste problemen bij het omvormen zijn de levensduur van het werktuig en de oppervlaktekwaliteit van het product. Factoren die de levensduur van een werktuig bepalen zijn afhankelijk van het werktuig zelf en van het proces dat het uitvoert. Er zijn verschillende methoden om die levensduur te voorspellen: deterministische, statistische, mechanische en numerieke methoden.
Professor Laszlo Cser, hoogleraar aan de universiteit van Miskolc, toonde in zijn voordracht de numerieke methode om de levensduur van werktuigen te voorspellen. Als voorbeeld nam hij een staalwals. Na het in de computer invoeren van gegevens aangaande de factoren die tot falen van het werktuig kunnen leiden, zoals de dikte van het in- en uitgangsmateriaal, het smeermiddel en het toerental, stelt het programma een algemeen faalmodel op. Hierbij rekening houdend met het feit dat de factoren ook elkaar kunnen beïnvloeden. De poging om ook fuzzy logic en neurale netwerken in het systeem te integreren geven overigens veelbelovende resultaten.
Als laatste sprak op het symposium prof.dr. Niels Bay, hoogleraar aan de universiteit van Lyngby. Zijn rede ging over het gebruik van aluminium in de omvormtechniek, in plaats van staal. Omdat aluminiumlegeringen koud om te vormen zijn, zijn er zeer complexe geometrieën mee te realiseren, terwijl de sterkte ondanks het lage gewicht zeer hoog blijft. Bay voorspelt een grote toekomst voor het lichte metaal, omdat het aantal toepassingen vrijwel onbegrensd is.

Uitholling
En toen was het de beurt aan professor Kals zelf. ‘Het ijzer smeden als het heet is?’, zo luidde de titel van zijn afscheidscollege. Die vragende vorm in titel was er om twee redenen, zo verduidelijkte hij: allereerst omdat in tegenstelling tot de gangbare opvatting veel metalen tegenwoordig koud om te vormen zijn, en ten tweede omdat dit spreekwoord al te vaak ten onrechte als paradigma wordt gebruikt bij de keuze van onderzoekprojecten. Volgens Kals dient er namelijk altijd een lange-termijn-beleid te zijn dat de onderzoeksprojecten verbindt. Het is belangrijk om duidelijke strategische doelen uit te zetten, niet alleen uit economisch, maar ook uit ecologisch oogpunt.
Verder ging hij in op het bestaansrecht en de maatschappelijke betekenis van de bewerkingstechnologie. Zo meent hij dat het verplaatsen van productie naar ontwikkelingslanden, in plaats van het zelf verzinnen van de optimale vervaardigingsmethode teneinde de productiekosten te reduceren, een uitholling van de Nederlandse industriepositie zal inhouden. Kals: ‘Het is onze taak om nieuwe processen te ontwikkelen, die leiden tot het gebruik van goedkoper en tevens minder materiaal. Materiaalkostenbesparing leidt bovendien rechtstreeks tot energiebesparing.’ Daarom onderstreepte hij nogmaals de noodzaak om kostenverlaging te zoeken in de bewerking. Het aantal materialen dat een speciale bewerking vereist, groeit bovendien nog steeds. ‘Het is dus zeer de moeite waard om deze goudmijn van technologieën te ontsluiten, hoewel het moeilijk is om ideeën in concrete onderzoeksprojecten om te zetten, en een eventueel applaus zal pas laat komen’, aldus de emeritus hoogleraar.

Voldoening
Kals beseft dat veel werk nog niet af is, maar toch voelt hij een zekere voldoening als hij terugkijkt op zijn carrière aan de TUE. Trots is hij allereerst op de onderzoeken die hij heeft opgezet naar de bewerkbaarheid van materialen, de levensduur van omvormwerktuigen, de instabiliteit bij bewerkingsprocessen en de milieuaspecten ervan. En verder op het herverwerken van kringloopaluminium uit motorblokken. En niet in het minst op de mede door hem bewerkstelligde transformatie van het klassieke onderwijsprogramma naar het huidige.
Eigenlijk moet iedere werktuigbouwer afwisselend ontwerper, onderzoeker en maker zijn, merkte hij op aan het einde van zijn rede, maar het gaat steeds beter lukken om het ijzer niet te smeden als het heet is.