7
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Definisi Press Work
Press work (press stamping) adalah teknologi pengerjaan yang mengubah bentuk material sesuai dimensi dan kemudian menjaga bentuk tersebut secara permanen. Gaya yang diberikan untuk mengubah bentuk tersebut dinamakan beban pembentukan (forming load). Tool yang memberikan beban pembentukan, dimensi dan bentuk pada material dinamakan die.
Ada beberapa perbedaan besar – kecilnya tenaga (daya), namun demikian apakah material itu metal, plastik maupun kertas sekalipun bisa dipastikan ada penambahan beban (load) yang diarahkan pada proses pembentukan material tersebut. Terdapat beberapa metode untuk mengubah bentuk material atau singkatnya metode press work yaitu memotong material, membengkokkan material, meremas atau merubah bentuk material ke bentuk wadah.
8
2.2 Hal – hal yang perlu diperhatikan dalam proses pressing dies
1. Jika dies terlalu besar, mesin yang dipakai tonase kurang, tidak memadai,
tidak memikirkan sefety factor, akan menyebabkan mesin cepat rusak, terutama pada bagian bearing dan poros engkol, demikian juga motor bisa terbakar akibat over load.
2. Jika stroke setting terlalu tinggi, produk yang dihasilkan tidak bagus
reject.
3. Jika stroke terlalu rendah akan menyebabkan upper die dan lower die
tabrakan, dies bisa pecah.
4. Jika upper die dan lower die tidak center akibat slider stroke sudah aus
(sudah kocak), maka produk yang dihasilkan tidak bagus reject.
5. Jika guide post dan guide bush sudah aus atau tidak center, produk yang
dihasilkan tidak bagus.
6. Jika clearance pada blanking antara upper die dan lower die, terlalu kecil
bisa menyebabkan die pada saat stamping tidak bisa membuka, atau bisa juga die cepat aus, jika clearance terlalu besar akan cepat menimbulkan bari.
7. Jika hardening die terlalu keras die mudah pecah, jika hardening terlalu lunak die gampang aus.
8. Jika pemilihan material die tidak bagus, die cepat rusak.
9. Jika toleransi ketebalan material yang distamping terlalu tinggi akan
menyebabkan die cepat rusak. Produk tidak bagus.
10. Jika kekerasan material yang distamping tidak stabil, akan menyebabkan
9
11. Jika bearing pada mesin sudah aus, terutama pada bagian yang
berhubungan dengan stroke, die bisa cepat rusak, produk tidak bagus.
12. Jika yang design die kurang ahli, dalam hal design die, maka bisa jadi die
akan cepat rusak, produk tidak bagus.
13. Jika komponen – komponen die dari komponen dengan kualitas rendah,
akan menyebabkan die cepat rusak, produk kurang bagus.
2.3 Macam – macam Proses Pressing dies
Secara umum proses – proses yang terdapat pada proses stamping dikelompokan menjadi tiga bagian yaitu:
2.3.1 Proses Cutting (pemotongan)
Gambar 2.1 Memotong Material Sumber : Shearing.png
Proses pemotongan adalah proses dimana material dipotong sesuai dengan ukuran yang diinginkan agar material tersebut dapat dikerjakan kedalam proses berikutnya. Jenis – jenis proses pemotongan antara lain:
1. Blanking
Blanking adalah proses persiapan material, material dipotong sesuai dengan yang dibuhtukan. Proses blanking bertujuan agar mendapatkan
10
hasil potongnya atau blank, sedangkan sisanya akan dibuang sebagai sampah atau disebut scrap.
Gambar 2.2 Proses Blanking Sumber : Buku “ Teknologi Press Dies “ 2. Cutting
Yaitu suatu proses pemotongan material yang masih berbentuk lembaran (blank material). Proses cutting merupakan proses pemotongan beberapa bagian dari suatu part. Sisa pemotongan dibuang sebagai scrap.
Gambar 2.3 Proses Cutting Sumber : Buku “ Teknologi Press Dies “ 3. Trimming
Yaitu proses pemotongan material pada bagian tepi. Biasanya proses ini adalah lanjutan dari proses sebelumnya seperti draw, stamp, dan sebagainya.
11
4. Notching
Notching adalah proses pemotongan pada bagian pinggir material part, biasanya pada progressive dies. Dengan pemotongan tersebut, part berangsur terbentuk walupun masih menempel pada scrap skeleton.
Gambar 2.4 Proses Notching Sumber : Buku “ Teknologi Press Dies “ 5. Parting atau Separating
Parting atau Separating adalah proses pemisahan suatu part menjadi dua bagian atau beberapa bagian dari sheet metal strip sehingga menghasilkan part yang dikehendaki. Pada proses separating terdapat scrap yang tidak terpakai.
2.3.2 Proses Forming (pembentukan)
Gambar 2.5 Merubah Bentuk
Sumber : Deep-drawing-sequence-small.png
Forming adalah istilah umum yang dipakai pada proses pembentukan sheet metal untuk mendapatkan countur yang diinginkan, proses forming, tidak
12
menghasilkan pengurangan atau penghilangkan material seperti yang terjadi pada proses cutting. Maka untuk istilah pembentukan juga berbeda – beda agar tidak salah prngrtian. Jenis – jenis proses pembentukan tersebut antara lain:
1. Bending
Bending adalah proses penekukan plat dimana hasil dari penekukan ini berupa garis sesuai dengan bentuk sudut yang diinginkan.
2. Flanging
Flanging adalah sama seperti bending namun garis bending yang dihasilkan tidak lurus melainkan mengikuti bentuk part yang bersangkutan. Proses ini dimaksudkan untuk memperkuat bagian sisi dari produk atau untuk alasan keindahan.
3. Forming
Forming mengacu pada pengertian yang lebih sempit yang artinya adalah deformasi dari sheet metal yang merupakan kombinasi dari proses bending dan flanging. Proses forming menghasilkan bentuk yang sangat kompleks dengan tekukan – tekukan serta countur part yang rumit.
4. Drawing
Drawing adalah forming yang cukup dalam sehingga proses pembentukannya memerlukan balnk holder atau stripper dan air cushion / spring untuk mengontrol aliran dari material. Untuk bentuk yang tidak beraturan diperlukan bead untuk menyeimbangkan produk yang baik, sebaiknya digunakan steel sheet khusus proses drawing dan menggunakan mesin press hidrolik.
13
5. Deep Drawing
Deep drawing merupakan proses drawing yang dalam sehingga untuk mendapatkan bentuk dan ukuran produk akhir diperlukan beberapa kali proses drawing. Blank holder / stripper mutlak diperlukan dan hanya dapat diproses pada mesin press hidrolik dan menggunakan sheet metal khusus untuk deep drawing.
2.3.3 Proses Compression (penekanan)
Gambar 2.6 Penekanan Material Sumber : Wipe-bending-small.png
Proses ini termasuk dalam operasi forming yang mana tekanan yang kuat diberikan pada sheet metal untuk menghasilkan tegangan kompresi yang tinggi pada plat untuk meghasilkan deformasi plastis. Jenis – jenis proses penekanan ini adalah:
1. Stamping atau Marking.
Stamping atau Marking atau kadang – kadang disebut proses coining digunakan untuk membuat tanda, simbol, huruf atau bentuk lainnya dengan proses cold forging.
2. Heading
Heading adalah proses pembentukan kepala dari part, biasanya pada material steel bar. Proses pembentukannya dengan proses hot forging atau
14
cold forging dimana bagian ujung dari part diproses dengan menggunakan pressing dies untuk memebentuk kepala.
3. Sizing
Sizing adalah operasi dimana material plat diberi tekanan tinggi yang mana menyebabkan material mengalir, karena itu sizing bertujuan untuk memperbesar akurasi dimensi dari part / benda kerja.
2.4 Alat – alat Pendukung Mesin Pressing
Dalam proses stamping selain mesin press dalam melakukan produksi juga membuhtukan alat – alat pendukung untuk menghasilkan kualitas pengepresan yang baik.
Alat – alat pendukung mesin press antara lain: 2.4.1 Dies
Dies adalah suatu cetakan yang digerakan oleh mesin press untuk menekan atau mengepress bahan / material untuk menghasilkan barang yang sesuai dengan contoh. Material dies yang dipergunakan adalah umumnya special alloy steel, yang bisa dilakukan proses hardening sampai kekerasan HRc diatas 60, misalnya : DC 53, SKD 11, dan lain – lain. Ada beberapa bagian dies yang penting, misalnya cavity, guide post, guide bush, upper plate, lower plate. Secara umum konstruksi dies dibagi menjadi 2 bagian, yaitu:
1. Single Operation Dies
Single Operation Dies atau biasa disebut single dies adalah konstruksi dies yang mempunyai sebuah proses pada die set-nya dan hanya menghasilkan sebuah part dalam sekali stroke. Part yang dihasilkan dapat berupa hasil
15
blank, part setengah jadi atau finish goods part. Macam – macam single operation dies antara lain:
Cut Off Die
Cut off die dipergunakan hanya untuk proses cutting dengan tujuan cutting blank, separating atau scrap cutting. Cut off die juga kerap kali dipadukan dengan proses blanking untuk memotong scrap. Pemotongan blank dengan cut off die terbatas pada blank yang sederhana dan tidak dituntut ketelitian.
Cut Off dan Drop Through Blanking Die
Cut Off dan Drop Through Blanking Die dipergunakan untuk proses blank cutting, hanya saja hasil pemotongan akan jatuh ke bagian bawah dari die melewati lubang pada bolster mesin dan masuk ke tempat penampungan. Cut off sangat efisien dalam pemakaian bahan karena scrap yang terbuang sangat sedikit.
Drop Through Die
Drop Throught Die atau dengan istilah lain blank through die adalah kontruksi press dies yang produksinya jatuh kebawah die dan melewati lubang pada bolster mesin dan masuk ke penampungan. Konstruksi dies seperti ini pada umumnya untuk proses blanking dan untuk membuang scrap pada proses pierching. Untuk jenis konstruksi dies ini memerlukan stripper untuk menahan material ketika dies sedang berkerja. Inverted die atau istilah lainnya return-type blanking.
16
2. Multi Operation Dies
Multi Operation Dies adalah dies yang didesain untuk berkerja pada dua atau lebih operasi dalam sekali stroke. Konstruksi dies ini memang lebih rumit sebab harus dicari kesesuaian die height 4 dari proses – proses tersebut. Bila die height-nya tidak sama maka part yang dihasilkan tidak sesuai dengan spesifikasi yang diinginkan dari drawing produknya. Macam – macam multi operation dies adalah:
Coumpound Dies
Coumpound dies adalah gabungan dua atau lebih proses yang berhubungan menjadi satu artinya adalah dua atau lebih proses dirancang terdapat pada satu dies. Waktu prosesnya dilakukan serentak. Coumpound dies merupakan dies yang memerlukan pekerjaan setelah pemrosesan sebelum produk jadi. Kelebihannya dies ini tidak semahal harga dari progressive dies. Dies ini banyak dipakai di industri Indonesia. Dies ini sudah mempunyai tingkat kepresisian yang cukup tinggi karena dibuat dengan kepresisian yang baik juga.
Waktu prosesnya dilakukan serentak. Pilihan untuk membuat coumpound dies tergantung pada beberapa pertimbangan antara lain:
a). Cost produksi
b). Cycle time yang pendek c). Akurasi part
17
Combination Dies
Combination dies atau istilahnya disebut group tool, gang procces atau family dies yang artinya adalah gabungan dari dua atau lebih proses pada satu dies set yang tidak sejajar pemakainnya. Ini mengandung arti bahwa pada satu die set terdapat dua atau lebih proses. Dalam sekali stroke dihasilkan jumlah part sesuai dengan jumlah proses yang ada pada satu die set.
Progressive dies
Progressive dies adalah proses pencetakan atau stamping dilakukan semua proses dalam satu dies. Seluruh proses dilakukan dalam satu dies, sehingga sekali cetak produk akhir sudah langsung didapatkan. Progressive dies terdiri dari banyak proses atau multiple station yang saling berhubungan yang berasal dari
material yang sama. Pada progressive dies umumnya
menggunakan coil (steel sheet gulungan) dan coil feeder sebagai penggerak coil secara otomatis. Part yang diproses dari awal akan menempel terus pada lembaran part sampai dengan proses terakhir. Harga progressive dies memang sangat mahal, oleh karena itu hanya produk yang volume produksinya tinggi yang menggunakan press dies jenis ini.
2.4.2 Mesin Press
Mesin press adalah mesin yang menompang sebuah penumbuk, sebuah sumber tenaga dan suatu mekanisme yang menyebabkan penumbuk bergerak lurus dan tegak menuju landasanya. Mesin press sendiri banyak sekali macamnya,
18
yang paling penting untuk mesin press adalah tingkat kepresisian stroke dan kapasitas tonase, kapasitas tonase dari yang terkecil dibawah 1 ton sampai dengan yang terbesar ratusan bahkan ada yang ribuan ton. Kapasitas yang kecil tentu saja untuk produk yang kecil, semakin besar maka semakin besar pula produk yang bisa dibuat.
2.4.3 Material Plate
Material yang dipergunakan untuk proses stamping ini umumnya adalah material yang mempunyai kekerasan yang rendah, bisa juga dikatakan material golongan low carbon steel, material golongan low carbon steel ini mudah ditekuk, ditekan, dan dibentuk.
2.5 Teori Bagian Press Dies
Dies merupakan satu kesatuan yang terdiri dari beberapa bagian komponenyang ada didalamnya. Komponen – komponen tersebut saling berkaitan sehingga sistem dari dies dapat berkerja dengan baik dan juga menghasilkan produk yang baik juga.
Berikut merupakan macam – macam jenis bagian didalam press die: 2.5.1 Top / Upper die (bagian atas)
1. Knock out
Part ini berada pada punch back yang berfungsi sebagai tuas pendorong hasil produk, biasanya hasil produk dari press berada di atas dan di dorong oleh knock out untuk mengeluarkannya. Part ini menggunakan material SKS 3.
19
2. Punch back
Terpasang pada upper die dan berfungsi sebagai pengikaat upper die pada mesin press. Terbuat dari baja karbon dan tidak perlu dikeraskan. Pada umumnya dies diikat pada mesin press dengan sistem clamping. Part ini menggunakan material SS400.
3. Upper die set
Part ini merupakan bagian dies yang terletak diatas dan terdapat punch back sebagai positioning penepatan pada bolster mesin. Upper die juga digunakan sebagai tempat untuk memasang punch cutedge, guide bush dan stripper. Material untuk upper die menggunakan material SS400 dengan kedua permukaan dibuat sejajar dan dihaluskan dengan proses surface grinding karena part ini tidak menerima beban besar.
4. Guide bush
Merupakan pasangan dari guide pin dan dapat dibeli dipasaran sebagai standart part, namun bisa dibuat dengan menggunakan material S45C. 5. Punch cutedge
Part ini merupakan bagian terpenting dari dies merupakan alat pemotong dari material dan biasa terikat di upper die. Oleh karena itu material yang digunakan adalah SKD 11 (tool steel) dengan kekerasan antara 61 – 62 HRc karena digunakan sebagai alat untuk memotong.
6. Stipper
Part ini berfungsi sebagai penekan strip pada saat proses press. Pada part ini juga dihubungkan dengan coil spring dan dan juga stripper bolt agar dapat naik turun dengan center. Material yang digunakan adalah SS400.
20
7. Spring
Merupakan part standart yang berfungsi untuk penggerak mekanisme stripper, knock out dan blank holder. Spring banyak tersedia dipasaran, maka biasanya kita akan membeli standart part.
2.5.2 Bottom / lower die (bagian bawah) 1. Die cutedge
Part ini merupakan pasangan dari punch cutedge dan biasanya terikat di lower die, biasanya part ini diberi allowance / clearance dalam pemotongan blanking dari ukuran punch. Part ini menggunakan material SKD 11 (tool steel) dengan kekerasan antara 61 – 62 HRc karena digunakan sebagai pemotong. Kontur pada part ini biasanya dibuat dengan silinder grinding untuk menjaga kepresisian ukuran dari produk yang dihasilkan.
2. Lower die
Part ini berfungsi sebagai pencekaman dies pada mesin, selain itu juga sebagai penyangga die cutedge, gude post, draw ring, dan die core. Part ini menggunakan material SS400 dengan kedua permukaan dibuat sejajar dan haluskan dengan surface grinding.
3. Presser pin sebagai mengalihkan tenaga yang diterima dari die cushion mesin press ke cusion pad.
4. Die core
Draw tool jantan (male) yang dibuat matching terhadap knock out. Bagian tengahnya bisa dibuat lubang pembuangan udara.material yang digunakan adalah SKS 3.
21
5. Drawing
Sebagai material dijepit diantara die, untuk mencegah timbulnya kerutan waktu dilakukan drawing maka digunakanlah kompenen ini. Material yang digunakan S45C.
6. Guide post
Terikat pada lower die yang masuk sliding-fit dengan lubang guide bush. Guide post dan guide bush adalah sebagai pelurus antara punch cutedge dan die cutedge.
2.6 Teori Design Drawing
2.6.1 Prinsip Kerja Drawing
Pengerjaan utamanya adalah pekerjaan yang menggelembungkan material plat dan mendorong masuk ke dalam lubang untuk menjadikan ke bentuk 3 dimensi (solid).
Mencetak wadah dengan bentuk sesuai dari bentuk die dan punch dengan cara meletakkan material (bahan baku) diatas die dengan lubang terbuka (female die) dan menjepitkan masuk dengan punch berbentuk silinder (male die).
Contoh pengerjaan drawing.
Pengerjaan yang mencetak wadah yang memiliki alas dari material plat datar. 2.6.2 Bentuk dari hasil pengerjaan drawing
Berdasarkan bentuk pengerjaannya dibedakan ke bentuk silinder, bentuk kerucut bulat, bentuk bola, bentuk kerucut kotak dan lainnya. Tetapi bentuk produk drawing yang sebenarnya kebanyakan adalah hasil pengerjaan kombinasi
22
yang membentuk dengan mengkombinasikan bentuk – bentuk tersebut sambil memberikan tegangan.
2.6.3 Perubahan bentuk (deformasi) pada pengerjaan drawing
Gerakan material, bila menutup die pada kondisi posisi flange (bagian pinggiran) tertekan oleh penahan plat (blank holder), maka berkerja gaya tarik (tensile force) ke arah radius dari hubungannya dengan blank holder. Pada arah keliling lingkaran, karena flange ditarik ke dalam agar menjadi lebih tipis, maka berkerja gaya tekan (compressive force) ke arah keliling lingkaran. Perubahan bentuk (deformasi) terjadi seiring berjalannya pengerjaan bidang.
2.6.4 Perubahan bentuk yang mendasar
Perubahan bentuk shrink flange adalah flange yang mendapat gaya tekan ke arah tepi tekukan sehingga menjadi seperti mengkerut saat membentuk flange mengikuti tepi tekukkan yang berbentuk garis lengkung dari flange datar. Perubahan bentuk stretch flange adalah flange yang dibentuk dengan mendapatkan tarikan ke arah tepi tekukan. Pada bagian flange timbul perubahan bentuk shrink flange dimana material ketarik masuk ke bagian silinder sambil termampatkan ke arah keliling lingkaran, pada bagian die dan R punch timbul perubahan bentuk tekukkan dan di bagian bidang bulat timbul perubahan bentuk stretch flange akibat tegangan tarik. Gaya yang berkerja pada material dan arahnya menampilkan tegangan (stress) dan regangan (strain) pada masing – masing posisi yang berkerja pada material dengan drawing die silinder yang ideal.
23
2.7 Proses Pekerjaan Drawing
Material yang bulat (blank) bulatannya diproses menjadi benda silindris. Bagian material di die sebelah atas (bagian flange), sekeliling punch turun sambil menekan kelubang die nya.
Gambar 2.7. Posisi drawing
Sumber : text book “press die design advance”
Bila mengklasifikasi wadah yang dikerjakan drawing dari sudut pandang pembentukannya.
1. Bagian dasar : bagian yang menerima gaya punching.
2. Bagian dinding : bagian yang mentrasmisikan gaya punching.
3. Bagian flange : bagian yang mengalir masuk ke lubang dies sambil mengerut ke arah keliling lingkaran.
Pintu masuk dari lubang die (bahu die) dibentuk bulat agar blank bisa lebih mudah dalam immersive (tarik). Dan akhir dari punch akan terbentuk benda bulat yang sesuai. Diantara ukuran lubang die dan punch agar material mudah mengalir maka dibuat clearance yang lebih besar dari tebal blank nya. Dan lagi pada saat proses flange karena mudah terjadi pengerutan maka materialnya harus ditekan dengan kuat.
24
2.8 Mekanisme Pekerjaan Drawing
Gambar 2.8. Gaya yang berkerja pada material drawing silindris Sumber : text book “press die design advance”
2.8.1 Gaya yang berkerja pada material drawing silindris
Stress dibagian flange (perubahan penyusutan yang disebabkan stress pada bagian flange) Punch bergerak maju, material menerima tensile stress ke arah radius dan arah bahu dari dies akan menyempit, arah dilingkaran terjadi compresif stress dan ketebalan material menjadi meningkat. Untuk itu arah lembaran tidak ditambah tekanan pada lipatannya maka akan mudah terjadi keriput pada compresif stress di lingkarannya. Dan terjadi gesekan stress resisten dari material dibagian lipatan yang ditekan dan di bagian die nya.
2.8.2 Stress di bahu die
(stress yang disebabkan deformasi bending ketika material mengalir ke lubang die dari flange ke bagian silindris). Material ketika melewati bahu die ketebalannya dikurangi untuk mendapatkan bending dan deformasi kembali bending dari tensile stress. Pada saat ini bagian luar dari material di pusat flange jumlah deformasinya akan menjadi berbeda karena ketebalanya juga berbeda. Bagian sisi die biasanya melewati bagian yang melingkar dari material yang telah terbentuk, apabila menjadi bentuk silindris maka bagian tengahnya lebih tipis dari sebelumnya dan bagian luarnya menjadi lebih tebal.
25
2.8.3 Stress dibagian sisi dinding (Uniaxial tension stress)
Di bagian flange terjadi aperture resistant dan gesekan resistant, punch bergerak maju terhadap arah saat tensile stress terjadi. Tidak terjadi stress yang besar di sekelilingnya.
2.8.4 Kekuatan di bahu punch
Die pada saat material melewati bagian bawah punch dari arah sisi luarnya didapatkan deformasi bending dan juga material yang menyelinap. Karena menerima tensile stress sambil berubah bentuk juga, ketebalan dinding disekitarnya menjadi sangat tipis.
2.8.5 Kekuatan di bagian bawah yang dicetak
Material dibagian bahu punch dan lingkaran punch menangkap tarikan dan luncuran dari material yang mengakibatkan tebal dari plat material sedikit menjadi lebih tipis.
Hal yang penting di drawing proses, antara kekuatan yang diperlukan untuk merubah bentuk dan kekuatan menghimpit wrincle / kerut harus ada balance di kekuatan punch dan flange dipermukaan die nya. Dalam desain drawing yang harus diperhatikan adalah sampai berapa penyusutan dalam mengubah bentuk dari blank, besar radius (R) di bahu die, dan juga clearance dan punch dan die nya.
2.9 Desain Nyata Proses Drawing
Terdapat drawing ke arah atas dan drawing ke arah bawah. Pada kasus pengerjaan single akan dipilih arah yang paling baik, tetapi pada kasus progresive die harus dilakukan drawing dengan arah yang sama. Kontruksi cetakannya boleh direncanakan untuk disusun bolak – balik antara atas dan bawah.
26
Gambar 2.9. Kontruksi jenis drawing die Sumber : text book “ press die design middle” Drawing ke arah atas yang sering digunakan, alasan tersebut adalah:
1. Penggunaan die cushion lebih mudah
2. Pada proses transfer, flange berada dibawah sehingga bisa mengirim produk dengan stabil.
3. Pada single die, efisiensi kerjanya bagus dikarenakan pengambilan produk bisa memanfaatkan evakuasin dengan knock out yang dilakukan di daerah titik mati atas.
Meskipun demikian pada pembentukan yang besar seperti panel mobil, banyak yang merupakan drawing ke arah bawah dikarenakan banyak yang mangangkat naik material dari die dengan knock out.
2.10 Prosedur Penentuan Proses Drawing yang Umum 1. Perencanaan ukuran blank (bentangan).
2. Menentukan total bentangan dari rasio drawing (batas drawing) untuk menentukan ukuran punch. Kalau drawing melebihi dari rasio batas drawing maka akan mudah timbul kerutan maupun robekan. Jika tidak
27
memungkinkan untuk melakukan 1 kali drawing maka dilakukan re-drawing berkali – kali dengan membagi bagi rasio re-drawing.
3. Menentukan radius punch. 4. Menentukan radius die.
5. Menentukan clearance dari die. 6. Menentukan kedalaman dari drawing.
2.11 Pertimbangan Proses ke Drawing Trouble
Pada kasus retak, kerut dan pada bagian lekukan produk tidak selaras dengan punch. Sebagai penganggulangan canning, twisting, spring back dan lainnya, untuk penanggulangan pada sisi press die adalah harus mengkaji seperti penentuan proses, ukuran blank, kedalaman drawing, R punch dan die, blank holder, dan clearance
Gambar 2.10. NG pada pengerjaan drawing Sumber : text book “press die design middle”
28
2.12 Penentuan Proses Drawing
Dalam proses drawing yang pertama pembentukan produk yaitu mencari luas dari dimensi blanknya. Kemudian blank tersebut membentuk benda ke batasnya tetapi dari blank tersebut sedikit yang bisa membentuk benda sesuai yang ditetapkan dengan sekali proses.
Alasan tersebut ada point berikut ini.
Yang pertama karena ada batas diameter drawing yang dipengaruhinya. Dalam proses drawing, material didalam lubang die didorong untuk mencetak, tetapi saat materialnya berubah bentuk, tensile stress (tenaga dari drawing) akan memberikan gaya berlawanan. Kekuatan drawing tanpa fracture (retak) apabila sesuai batas dari drawing-nya dan harus di drawing didalam ambang batas drawing. Hal yang dibuhtuhkan agar bisa men drawing sampai ukuran yang sudah ditetapkan, dari blank sampai setelah proses drawing pertama harus ditentukan berapa kali proses drawing yang akan dilakukan. Setelah berkali – kali re-drawing dan ukuran sudah sesuai dengan tujuannya, kadang – kadang untuk finishing perlu dilakukan proses re-strike juga.
Terakhir flange yang telah berubah bentuk sesuai proses drawing di trimming dan selanjutnya dipotong sesuai bentuk yag diinginkan. Dalam proses drawing, menurut anisotropi dari material, misal dari blank bulat pada saat drawing pun sekeliling dari drawing blank yang berubah bentuk tidak menjadi bulat penuh. Karena itu proses trimming menjadi sangat diperlukan. Selanjutnya bagian trimming yang diperlukan, dan kedepannya harus diasumsikan saat pengembangan blank.
29
2.13 Bentangan Dari Blank
Blank dari part drawing diharapkan (volume dari blank dan part sama) sesuai dengan dasar yang telah hitung sebelumnya.
2.13.1 Bentangan drawing silindris Rumus :
Db = √d² + 4 x d x h ...(1-1)
Gambar 2.11 Drawing silindris
Sumber : text book “press die design advance“ Pada kasus ada flange
Db = √d2² + 4 x d1 x h ...(1-2)
Db : diameter blank (mm)
Gambar 2.12 Drawing terdapat flange Sumber : text book “press die design advance“
30
2.13.2 Bentangan benda putar
Apabila benda putar yang kompleks, rumus untuk luas permukaan berbeda dengan cara menentukan diameter blank sesuai rumus :
Db = √4 x A / π ...(1-3)
Db : diameter blank (mm)
A : jumlah total luas permukaan part (mm²)
Gambar 2.13 Metode perhitungan luas permukaan blank per element Sumber : text book “press die design advance“
31
Gambar 2.14 Rumus untuk menghitung luas permukaan yang berputar Sumber : text book “press die design advance “
32
2.14 Drawing Rate pada Cylindrical Drawing
Jenis proses drawing untuk pengukurannya menggunakan drawing rasio. (dalam beberapa kasus, rasio drawing dapat dinyatakan dengan kebalikan dari rasio drawing sebenarnya). Dalam proses drawing penyusutan materialnya harus dibuat supaya tidak melewati dari batas rasio drawingnya. Supaya tidak terjadi kerutan maupun frecture / patah, dari lempengan plat drawing, batas rasio drawing di wadah silindrisnya dinamakan batas rasio drawing.
m = d / D ...(1–4) m : drawing rate
D : diameter blank (mm) d : diameter drawing (mm)
Tabel 2.1. Limit drawing rate per jenis material
Material
Limit drawing ratio
Drawing rate ke -1 Drawing rate ke - 2
Deep drawing steel 0.55 - 0.60 0.75 - 0.85 Stainless steel 0.50 - 0.55 0.80 - 0.85
Planting steel 0.58 - 0.65 0.63
Copper 0.55 - 0.60 0.85
Brass 0.50 - 0.55 0.75 - 0.80
Sumber : text book “press die design middle”
2.14.1 Kualitas dan Kepresisian benda pengerjaan (produk) Bidang potong (sheared face)
Bekas pemotongan pada produk yang dilakukan shearing (pemotongan) tidaklah dalam kondisi yang sama, biasanya dibentuk oleh 4 bagian berikut:
33
1. Sheared face adalah bidang yang dipotong dengan cutting tool yang didorong masuk ke material dasar, yaitu bidang halus yang mengkilap oleh karena bersinggungan dengan bidang samping tool.
2. Fructured face adalah bidang yang dihasilkan oleh terpisahnya material akibat crack yang tumbuh memanjang, yaitu bidang yang kondisi permukaanya kasar dan bergigi.
3. Shear droop adalah bagian yang ikut terdorong masuk bersama – sama dengan bagian pengerjaan punch dan die yang masuk tertelan ke dalam material dasar.
4. Burr adalah bagian yang ujungnya tajam yang terbentuk akibat crack yang timbul (keluar) dari posisi yang sedikit bergeser dari tepi ujung cutting edge pada bidang samping tool.
2.14.2 Clearance
Permukaan bidang pemotongan akan sangat berbeda tergantung dari celah antara punch dan die. Ini disebut dengan clearance. Clearance sangat mempengaruhi tingkat kepresisian produk dan umur tool.
1. Clearance terlalu kecil
Crack yang timbul pertama berhenti di tengah jalan, dan kembali dilakukan shearing (pemotongan) dari tempat berbeda. Geseran yang timbul akibat hal tersebut disebut dengan 2nd shearing , dan bidang geser yang ditimbulkan disebut 2nd sheared face.
2. Clearance ideal
Crack yang timbul dari kedua cutting edge pada kondisi saling bertemu tanpa ada perbedaan. Pengerjaan press yang biasa dilakukan dengan
34
kondisi ini. Bidang geser (sheared face) yang dihasilkan sekitar 1/3 dari ketebalan plat.
3. Clearance terlalu besar
Crack yang timbul dari kedua cutting edge masuknya berbeda sehingga terputus akibat tarikan. Ketegak lurusan bidang potong shearing sangat jelek, kemudian shear droop dan burr menjadi besar.
Bila melakukan pekerjaan drawing dari blank, umumnya tegangan tarik yang paling tinggi timbul dibagian bahu punch dan platnya menjadi tipis. Sebaliknya di sekitar bagian tepi luar blank, tebal plat menjadi lebih tebal dikarenakan material akan mengalir masuk dari luar. Oleh karenanya tebal plat pada dinding samping menjadi tidak merata.
Oleh sebab itu, clearance pada pekerjaan drawing ditentukan lebih tebal dari ketebalan material awal untuk mempertimbangkan penambahan tebal plat.
Daftar clearance per jenis material
Secara umum clearance memiliki satuan % celah satu sisi tool (dies) terhadap ketebalan plat dengan mempertimbangkan ketebalan plat material dasar.
Tabel 2.2. Nilai Clearance
Material Presisi Umum
Mild Steel 2 - 5 6 - 10 Hard Steel 4 – 8 9 – 13 Silicon Steel 4 – 6 7 – 12 Stainless Steel 3 – 6 7 – 11 Copper 1 – 3 4 – 7 Tembaga kuningan 1 – 4 5 – 10 Phosphor bronze 2 – 5 6 – 10 Silver 2 – 5 6 – 10 Mild aluminium 1 – 3 4 – 8 Hard aluminium 2 – 5 6 – 10 Perm alloy 2 – 5 6 – 8
35
Sumber : text book “Press Die Design Middle”
Untuk umum, semakin tebal papan (plate) material yang dipakai semakin besar nilai presentasenya,
Rumus :
Clearance = tebal material x rasio (%) ...(1-5)
2.14.3 Proses pengerjaan dan beban
Yang disebut dengan beban potong (shearing force = shearing load) adalah beban yang diperlukan dalam pekerjaan shearing. Kurva beban berikut ini menjelaskan bagaimana proses perubahan shearing force.
Dasar – dasar menghitung shearing force adalah mengetahui tenaga (gaya) yang diperlukan untuk memotong merupakan point penting dalam menentukan kemampuan mesin press atau pun dalam melakukan desain dies.
Beban yang diperlukan pada pemotongan = (panjang pemotongan = total panjang edge) x (tebal plat = area yang dipotong) x gaya dari material dalam mealawan pemotongan (per satuan luas). Dari hubungan tersebut digunakan rumus perhitungan sebagai berikut.
P = L x t x S ...(1-6) S =
σ
b x 0.8 ...(1-7)P : Shearing force (N)
L : Panjang pemotongan (mm) t : Ketebalan plat (mm)
36
σ
b : Tensile strenght (N/mm² = Mpa)Pada umumnya shearing resistance kebanyakan diambil sebesar 80% dari kekuatan tarik (tensile strenght), sehingga shearing resistance (S) = tensile strenght (
σ
b) x 0.8. dengan demikian bisa merencanakan pemanfaatan denganruang lingkup yang lebih luas.
Rumus ini bisa digunakan dalam area yang lebih luas, dengan membentuk ujung punch seperti pemotong (shear) pada ujung punch, bisa memperkecil gaya potong. Apabila dibandingkan dengan punch rata (datar) maka bisa menurunkan gaya potong sampai dengan minimal 30% - 40%. Meskipun demikian karena adanya sudut shear ini menyebabkan tekanan dari arah samping sehingga ujung punch mudah rusak, maka sudutnya harus dibawah 5°. Hasil potongan cenderung burubah bentuk mengikuti bentuk ujung punch, sehingga tidak cocok untuk proses blanking.
Rumus :
Ps = (0.6 – 0.7 ) x P ...(1-8)
Ps : Gaya potong shear punch
P : Gaya potong normal
Tabel 2.3. Shear resistance, Tensile streght dan Peneration factor masing – masing materia
Material
Shear resistance Tensile streght
Peneration factor (%)
(N/mm² = Mpa) (N/mm² = Mpa)
Soft Hard Soft Hard
Hot rolled steel 255 lebih 274 lebih 60 - 38
Cold roled steel 255 lebih 274 lebih 60 - 38
37
Sumber : text book “press die design advance” 2.14.4 Gaya Stipper
Yang dimaksud dengan gaya stripper (stripping force) adalah energi yang diperlukan dalam melepaskan punch dari material. Biasanya 2.5% - 20% dari cutting force. Dalam melakukan perhitungan, bisa menggunakan rumus berikut : Pss = 0.025 x Lx t x S ...(1-9)
Pss : stripper force (kN)
L : panjang pemotongan (mm) t : tebal material (mm)
S : shearing resistance (N/mm² = Mpa) Structural steel SS330 265 353 323 431 40 - 28 Structural steel SS400 323 412 402 510 40 - 28 Steel 0.1% C 246 314 314 392 50 - 38 Steel 0.2% C 314 392 392 490 40 -28 Steel 0.3% C 353 470 441 588 33 - 22 Steel 0.4% C 441 549 549 701 27 - 17 Steel 0.6% C 549 701 715 882 20-Sep Steel 0.8% C 701 882 882 1078 15-Mei Steel 1.0% C 784 1029 981 1274 10-Feb Silicon steel 441 549 539 637 30 Stainless steel 510 549 637 - 686 - - Tembaga (copper) 177 - 216 245 - 294 216 - 274 294 - 392 30 - 50 Kuningan (brass) 216 - 294 343 - 392 274 - 343 392 - 588 20 -50 Perunggu (bronze) 314 - 392 392 - 589 392 - 490 490 - 735 - Aluminium (soft) 69 - 108 128 - 157 78 - 118 167 - 216 60 - 30 Aluminium (hard) 216 372 255 470 - Seng (zinc) 118 196 147 245 50 - 25 Lead 20 -29 - 25 - 39 - 50
38
2.15 Drawing force, working enegy,blank holder force
2.15.1 Beban atau gaya (force) yang diperlukan dalam cylindrical drawing: Rumus : Kt = 1.2 x (Z0 – 1 / Zmax – 1) ...(1-10) Pd = Kt x π x d x t x
σ
b x 0.001 ...(1-11) Pd : drawing force (kN) Kt : drawing coefficient d : diameter punch (mm)σ
b : tensile stress (N/mm² = Mpa)Z0 : drawing ratio (adalah kebalikan dari drawing rate, Z0= 1 /
m
0)Zmax : drawing ratio maksimal terhadap sebuah parameter / persyaratan (Zmax = 1
/
m
max)2.15.2 Working Energy yang diperlukan dalam Cylindrical Drawing
(rumus empiris yang ideal). Efektivitas maksimal energy yang digunakan dalam 1 kali proses pekerjaan mesin press disebut dengan kapasitas working energy. Dalam drawing process, apabila kapasitas working energy berkurang maka akan menurunkan kecepatan mesin press maupun mesin press tidak berfungsi lagi. Kali ini akan ditambahkan. Cara menghitung working energy untuk cylindrical drawing dengan rumus empiris.
hd = d / 4 x (D² / d² - 1) ...(1-12) Ed = Pd x hd x Cd ...(1-13)
Ed : working energy yang diperlukan cylindrical drawing (N.m)
39
hd : tinggi drawing (mm)
d : diameter punch (mm) D : diameter blank (mm)
Cd : koefisiensi yang ditunjukkan dibawah ini
Tabel 2.4. Koefisiensi working energy cylindrical drawing Cd
Drawing ratio m 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80
Cd 1.00 0.80 0.77 0.74 0.70 0.67 0.64
Sumber : text book “press die design middle”
2.15.3 Blank holder force
Blank holder force bukan hanya untuk menahan kerutan (wrinkle) saja, tetapi juga menahan pengembangan permukaan. Kalau blank holder force kurang, akan menimbulkan kerutan. Kalau blank holder force terlalu besar, akan menimbulkan retak. Sehingga drawing tidak berjalan dengan baik.
Rumus :
Pdb = An x Pb x 0.001 ...(1-14)
Pdb : blank holder force (kN)
An : area blank holder (mm²)
Pb : tekanan blank holder per satuan area (N/mm²)
Gambar 2.15. Blank holder
40
Kalau khawatir timbul kerutan, nilai Pb diperbesar
Kalau khawatir terjadi penipisan material, nilai Pb diperkecil.
Tabel 2.5. Nilai Pb Material Pb (N/mm) Mild steel 1.57 - 1.76 Drawing steel 1.96 - 2.45 Stainless steel 1.76 - 1.96 Copper 0.78 - 1.18 Brass 1.08 - 1.57 Aluminium 0.29 - 0.69
Sumber : text book “ press die design advance”
2.16 Penentuan Radius bahu Punch
Punch R dan die R untuk drawing akan menjadi faktor penyebab crack (retak) bila nilainya kecil, dan akan menjadi faktor penyebab kerut bila nilainya terlalu besar.
Punch R dan die R ditetapkan setelah jumlah proses drawing telah ditentukan. Pertama – tama menetapkan punch R. Punch R ditentukan pada urutan drawing ke -1 dari proses terakhir.
Prosedur menentukan punch R ditampilkan pada gambar dibawah ini
Gambar 2.16. Cara menentukan R punch Sumber : text book “press die design advance”
41
(1) adalah proses terakhir, (2) adalah 1 proses di depan proses terakhir.
Pada proses (3), didesain agar titik tengah R digeser ke luar sebesar 1/3
sampai ¼ dimensi S.
(n) adalah drawing ke-1. Untuk proses pertengahan dari (3) sampai
drawing ke -1, ditentukan dengan metode yang sama dengan cara menetapkan R pada (3).
Punch R drawing ke-1 ditentukan antara 4 sampai 20 kali lipat tebal
material drawing dan kurang dari 1/3 dn (diameter punch). Kemudian ditampilkan pula metode untuk menghitung dengan rumus
eksperimental.
Radius bahu punch dan die besar : gaya pengerjaan menjadi kecil tetapi mudah timbul kerut di dinding samping.
Radius bahu punch dan die kecil : hambatan drawing menjadi besar dan mudah putus. Bila diperkecil dengan menyiapkan proses penekanan material.
Gambar 2.17. Radius punch dan die Sumber : text book ”press die design advance”
42
Tabel 2.6. Radius terkecil bahu punch dan die dalam sekali drawing (mm)
Radius bahu die 4t - 20t
Radius bahu punch 4t - 20t
Sumber : text book “press die design advance” Rumus perhitungan eksperimental
r
d = rp = 0.8 x √ (Db - dd) x t ...(1-15)r
d : radius bahu dieDb : diameter blank (mm)
r
p : radius bahu punchdd : diameter drawing (mm)
t : tebel plat (mm)
2.17 Penentuan Radius bahu die
Die R ditetapkan dengan merefrensi punch R dari drawing ke – 1. Die R dari drawing ke – 1 dibuat sama dengan punch R dari drawing ke – 1 atau dibuat sedikit lebih besar. Besarnya R sama halnya dengan punch R, perlu masuk di antara 4 sampai 20 kali lipat tebal material. Radius bahu die untuk re – drawing ditetapkan dengan memperhatikan hubungan radius bahu die pada proses sebelumnya yang hendak diperas (dilakukan drawing). Drawing ke -2 dan seterusnya diperkecil sedikit demi sedikit (antara 0 – 30%) dari R drawing ke – 1. Bila posisi singgungan produk pada proses sebelumnya terlalu naik, maka hambatan singgungannya menjadi besar kemudian akan menjadi faktor penyebab
43
timbulnya shock line dan crack di bagian bahu. Posisi singgungan dibuat agar kurang dari 45°
2.18 Blank layout
Kebuhtuhan material sangat tergantung dari bentuk produk. Peremehan terhadap hal ini akan menimbulkan penyia – yiakan material, sehingga harus memikirkan dengan mask – masak arah blank maupun pitch.
Menentukan jarak tepi (bridge dan carrier). Jarak tepi (bridge dan carrier) ditentukan dengan memprtimbangkan bentuk produk, ukuran, posisi bridge, parameter produksi, kepresisian produk, metode positioning, dsb.
Gambar 2.18. Bridge dan Carrier Sumber : text book “press die design middle” Ukuran lebar bridge dan carrier pada proses blanking yaitu: 2.18.1 Garis melengkung
Gambar 2.19. Garis melengkung Sumber : text book “press die design middle
44
Tabel 2.7. Ukuran garis melengkung
Ukuran D atau L
Carrier Bridge
a Nilai min. a b Nilai min. b
0 - 25 0.8 t 0.8 0.7 t 0.6
25 - 75 1.0 t 1.2 1.0 t 0.8
75 - 150 1.2 t 1.8 1.2 t 1.2
150 - 250 1.3 t 2.4 1.3 t 1.8
250 - 400 1.5 t 3.0 1.5 t 2.4
Sumber : text book “press die design middle” 2.18.2 Garis lurus
Gambar 2.20. Garis lurus Tabel 2.8. Ukuran garis lurus
Ukuran D atau L
Carrier Bridge
e Nilai min. e f Nilai min. f
0 - 25 1.0 t 1.2 0.8 t 1.0
25 – 75 1.2 t 1.6 1.0 t 1.2
75 – 150 1.5 t 2.0 1.2 t 1.5
150 – 250 1.7 t 2.5 1.5 t 2.0
250 – 400 2.0 t 3.0 1.7 t 2.5
Sumber : text book“press die design middle” 2.18.3 Ujung sudut
45
Kalau sudut mengarah pada garis lurus atau garis melengkung:
