BAB II Landasan Teori 2.1
Pengenalan Mengenai Punching Tool Dalam dunia industri manufactur ada beberapa jenis proses produksi, salah satunya adalah proses pengerjaan sheet metal yang menggunakan seperangkat alat yang disebut punching tool yang digerakkan oleh mesin press.Punching Tool adalah:
Seperangkat alat yang digunakan dalam proses pengerjaan sheet metal yang di padukan dengan mesin press.[1]
Secara umum Punching Tool dapat didefinisikan sebagai alat bantu pembentukan/pemotongan produk dari bahan dasar lembaran yang operasinya menggunakan mesin press dan menyisakan material sisa yang disebut scrap. Dari penjelasan tersebut dapat disimpulkan bahwa proses pengerjaan dengan penggunaan punching tool sangat cocok untuk pengerjaan sheet metal yang menuntut keseragaman bentuk dan dimensi produk dengan tingkat produktivitas yang tinggi.
2.2
Penjelasan Istilah-istilah dalam Perkakas Punching Tool 2.2.1
Istilah – istilah pada dies Dies mempunyai beberapa bagian yang saling berhubungan untuk
mendukung fungsi dari dies tersebut. Berikut merupakan pembahasan secara umum bagian-bagian dari dies.Yang dijelaskan di dalam gambar berikut:
5
Gambar 2.1 Bagian-bagian dies[1]
Pada bidang Punching Tool memilikai beberapa istilah-istilah khusus yang sering digunakan untuk mempermudah komunikasi, beberapa diantaranya : a. Die Set
Upper Plate Merupakan bagian dari dies yang berada di bagian atas yang mengikat posisi punch, punch retainer (punch holder), guide bush, dan stripper plate.
Lower Plate Bagian dari dies yang berada di bagian bawah berfungsi sebagai penyangga di- die retainer (backing die plate), guide pin dan blank holder.
Guide Pin Bekerjasama dengan guide Bush dengan suaian sliding, berfungsi sebagai pengatur kelurusan antar punch dan die saat proses punch. Pada umumnya terikat pada lower plate.
Guide Bush Merupakan pasangan dari guide pin, pada umumnya terikat pada upper plate.
6
Dowel Pin Merupakan pin yang berfungsi untuk mengatur posisi dari dua komponen atau lebih agar diperoleh koordinat fungsi yang tepat setelah proses assembling.
Stripper Plate Merupakan komponen yang bertugas menekan sheet metal saat proses pemotongan dan bending, serta melepaskan sheet metal yang menjepit punch akibat efek spring-back material.
Stripper Bolt Berfungsi untuk menyangga stripper plate dan juga berfungsi sebagai guide pergerakan stripper plate.
Punch Bagian dari dies yang terikat pada upper plate dan memiliki fungsi sebagai pisau pemotong dengan bentuk dan dimensi sesuai dengan yang kita inginkan.
Pilot Punch Bagian yang berfungsi untuk menjadi guide dari sheet metal agar berada di posisi yang tepat pada saat proses pemotongan.
Guide Lifter Komponen dies/press tool yang berfungsi untuk mengatur posisi material dari sisi samping dan juga sekaligus mengangkat material sesuai dengan tuntutan proses.
Compression Spring Merupakan komponen untuk memberikan gaya tekan untuk menekan sheet metal dan pendorong balik stripper plate agar dapat kembali ke posisi semula.
b. Guide Rel Adalah
komponen
pendukung
yang
berfungsi
untuk
menyesuaikan arah material dengan proses pengerjaan. Pada umumnya berada di sisi samping material. 7
c. Makura / Spacer Block Merupakan bagian dari dies yang berfungsi sebagai landasan pada bagian atas maupun bagian bawah dies. Bagian ini berfungsi untuk menyesuaikan dies dengan langkah mesin serta memberikan jarak untuk keluarnya material. d. Shank Adalah bagian paling atas dari dies yang berbentuk silindris yang berfungsi untuk menghubungkan dies dengan mesin press. Bagian ini terhubung langsung dengan mesin dengan cara memasukkan shank ke lubang pada bed mesin press bagian atas (slide).
2.2.2. Istilah-istilah Pada Proses Press Working Pada perancangan progressive die ini, kami akan melakukan beberapa proses dalam dies kami, proses-proses itu antara lain : a. Cutting Proses pemotongan pada sheet metal yang umum digunakan adalah
Blanking Proses pemotongan sheet metal dengan tujuan untuk mendapatkan hasil potongan yang digunakan sebagai produk
Piercing Proses pemotongan sheet metal untuk mendapatkan lubang yang sesuai dengan desain produk.3
Gambar 2.2 Proses Blanking dan Piercing[5]
8
Notching Proses pemotongan sebagian yang memotong tepi sheet metal yang membentuk dua sisi pemotongan.
Gambar 2.3 Proses Notching[5]
b. Forming Proses ini bertujuan untuk melakukan pembentukan pada sheet metal agar sesuai dengan permintaan desain produk. Beberapa proses yang dapat dikategorikan sebagai proses forming adalah :
Bending Proses pembentukan sheet metal dengan melakukan proses pembengkokan
dengan
kemiringan
permintaan.
9
tertentu
sesuai
dengan
Gambar 2.4 Proses Bending[5]
Burring Merupakan pembentukan flange pada lubang dengan tujuan untuk memperkuat bagian tepi dari lubang yang akan digunakan untuk ulir. Pada proses ini dapat dikerjakan dengan lubang awalan maupun dengan cara hole flanging (tanpa awalan).
Gambar 2.5 Proses Burring[5]
Embossing Merupakan proses pembentukan sheet metal yang akan digunakan sebagai dekorasi maupun pembuatan rib sebagai penguat produk.
10
Gambar 2.6 Proses Embossing[6]
2.2.3. Jenis – Jenis Die / Press Tool Pengggunaan press tool juga disesuaikan dengan proses pengerjaan dan tuntutan produk yang akan diproses, beberapa jenis die berdasarkan proses pengerjaannya adalah sebagai berikut: a. Conventional Die Dengan metode ini, punch terpasang pada upper shoe, sedangkan die terpasang pada bottom shoe. Pada sistem ini, punch biasanya terpasang terlebih dahulu, baru kemudian die dipasang menyesuaikan dengan punch-nya. Baik punch maupun die plate akan dipasang dengan menggunakan fastener, yaitu baut dan positioning pin (dowel pin).
Gambar 2.7 Conventional Die[1]
11
b. Inverted Die Inverted die adalah metode punching tool dengan posisi die plate yang terpasang pada upper shoe. Karena posisi die-nya berada di atas, maka harus ada mekanisme yang dipakai untuk membuang hasil potongan keluar dari die. Prinsip kerja inverted die merupakan kebalikan dari conventional die. Pada inverted die hasil potongan atau blank didorong oleh shedder yang telah dilengkapi spring (pegas) yang berfungsi untuk memposisikan shedder kembali pada posisi awalnya, yaitu di permukaan die. Dan setelah semua komponen kembali ke posisi awal maka hasil proses pemotongan (blanking) tersebut akan jatuh dan menjadi produk yang diinginkan. Tetapi posisi scrap strip harus ditopang dengan stripper agar scrap strip tidak menjepit punch ketika proses berjalan.
T
Gambar 2.8 Inverted Die[1]
c. Compound Die Yang dimaksud dengan Compound die adalah kombinasi antara conventional die dan inverted die, yang bekerja dalam sekali langkah akan dapat menghasilkan proses piercing dan blanking sekaligus.
12
Piercing punch terpasang pada upper shoe sedangkan piercing die terpasang pada bottom shoe, hal ini merupakan metode kerja dari conventional die. Piercing die dan blanking punch merupakan satu bagian atau menjadi satu, artinya dia akan bekerja sebagai die dan sekaligus sebagai punch yang terpasang pada bottom shoe. Sedangkan blanking-nya terpasang pada upper shoe, sehingga hal ini merupakan kerja dari sistem inverted die. Metode ini dapat mempercepat proses produksi, namun demikian diperlukan persiapan-persiapan yang cukup teliti dan presisi untuk membuat perkakasnya.
Gambar 2.9 Compound Die[1]
d. Progressive Die Progressive die adalah merupakan metode pemotongan yang paling lengkap, yaitu suatu metode untuk membuat produk dengan dua tahap pengerjaan atau lebih dalam suatu proses yang berkelanjutan
13
dengan beberapa langkah/tahap. Setiap langkah akan menghasilkan satu macam pengerjaan, dengan kata lain benda kerja akan menjadi terbentuk apabila sudah melalui semua langkah yang ada. Bentuk-bentuk pengerjaannya dapat terdiri dari : piercing, blanking, forming, drawing, cut off, bending, coining, embossing, dll.
2.3
Langkah-langkah Perencanaan Press Tool Untuk menghasilkan proses pengerjaan produk yang sesuai dengan tuntutan, maka diperlukan perencanaan kerja yang baik. Selain itu perencanaan ini dapat mempermudah proses pembuatan dies itu sendiri agar dapat dikerjakan dengan efektif dan efisien sehingga dibutuhkan biaya produksi yang sesuai. Perencanaan-perencanaan yang kami maksud antara lain 1. Menghitung bentangan awal Untuk memperoleh panjang material awal untuk satu produk, maka panjang yang diperoleh dengan bending harus dikalikan dengan faktor koreksi. Tabel 2.1 Konstanta Bending[1]
lb
ri / t
0 – 0.5
> 0.5 - 1
≥1–5
>5
K
0.3
0.33
0.4
0.5
= (ri + k . t). π .
180 …………………………………….[2.1][3]
Keterangan : Lb = panjang bentangan……………. (mm) ri = radius dalam bending…........... (mm)
= sudut bentangan………………. (derajat) k = konstanta bending t
= tebal material ………………… (mm)
14
2. Membuat Lay-out scrap strip dan pemilihan variasi pengerjaan Untuk memperhitungkan efisiensi material maka diperlukan penentuan lay-out strip yang paling efisien sesuai dengan dimensi bahan baku. Dan selanjutnya menjadi acuan dalam proses pengerjaan pada press tool. Ada dua jenis penentuan lay out pemotongan yang sangat menentukan efisiensi dari material yaitu narrow run dan wide run.
3. Menghitung titik berat dan gaya-gaya yang terjadi. Untuk memperoleh hasil perhitungan secara teoritis sebagai acuan desain. Perhitungan ini juga dapat membantu menentukan jenis mesin press yang akan dipakai. a.Rumus Titik Berat : Rumus titik berat adalah:
X0
X 1 . l1 X 2 . l 2 X n . l n l1 l 2 l n
……………………………[2.2][3]
Y0
Y1 . l1 Y2 . l 2 Yn . l n l1 l 2 l n
……………………………[2.3][3]
b.Gaya Potong (Fpotong) Rumus gaya potong adalah:
Fpot = τ b . A
…………………………………[2.4][3]
……………………………[2.5][3]
A = Kell pot . tebal
Keterangan : Fpot = Gaya potong
(
N
) 2
τ b = Shears Strength
(N/mm )
A
( mm2 )
= Luas bidang potong
15
c.Bending Force :
k = 0,33 karena
radius
tajam
dan
material dengan high plastic working stress s=
550 = 687,5 N / mm2 0.8
Rumus gaya bending adalah: F=
k .s.L.t2 A
……………………………………………[2.7][3]
Keterangan : F
= bending force ………………………………………..N
s
= b ………………………….......................................N/mm2
L
= lebar perumukaan bending……………………………mm
t
= tebal material…………………………………………mm
k
= konstanta bending
A
= jarak radius luar + radius dalam + tebal material…….mm
d.Gaya Striper Besarnya gaya striper (Fa) adalah 5–10 % dari besarnya gaya potong total
16
e.Gaya yang diterima pegas
Gambar 2.10 Pegas[7]
dapat dihitung sebagai berikut: Fpegas =
Fa Jumlah Pegas
…………………………………..[2.8][3]
f.Besar clearance Besar clearance atau pembebas;
Piercing Punch : d1 = d + f Piercing Die
Blanking Die
: d2 = d + f + 2s
:
Blanking Punch :
………………………..[2.9][3]
D2 = D – f D1 = D – f – 2s
.............................[2.10][3]
Keterangan : d1
= ukuran punch pada proses piercing ……..mm
d2
= ukuran die pada proses piercing ………...mm
17
d
= ukuran produk yang dituntut ……………mm
f
= besar spring back material ………………mm
s
= clearance ……………………………….. mm
2s
= allowance ………………………………. Mm
Di bawah ini adalah tabel besarnya spring back dan allowance yang sering digunakan untuk proses pemotongan material pelat : Tabel 2.2 Spring Back and allowance[2] Tebal material
Spring back
Allowance
T
F
2s
0.05
0.005
0.01
0.10
0.010
0.02
0.25
0.020
0.04
0.40
0.020
0.06
0.63
0.030
0.08
1.00
0.050
0.11
1.25
0.050
0.13
1.60
0.080
0.18
2.00
0.080
0.25
2.50
0.100
0.25
3.20
0.100
0.30
4.00
0.100
0.35
Sebelum menentukan ukuran punch dan dienya kita harus mengetahui besarnya allowance yang diijinkan seperti pada tabel di atas agar hasil proses pemotongan sesuai dengan tuntutan. Jika angka tebal material tidak sesuai dengan tabel di atas, maka kami menghitung dengan metode interpolasi. Pada prakteknya spring back material diabaikan dalam penentuan dimensi punch atau die karena nilainya kecil sehingga tidak terlalu berpengaruh pada perhitungan dimensi punch dan die.
18
g.Perhitungan penentuan Tonase Mesin Total gaya yang bekerja pada dies adalah: Ftotal = Fpotong + Fbending + Fstripper + Fpegas stripper
……[2.11][3]
h.Tegangan Ijin Besar tegangan ijin:
b =
F kapasitas ton x A panjang x tebal
…..………………………[2.12][3]
4. Menentukan jenis material dan standard part. Untuk ukuran die set ditentukan dengan cara pandang dari segi estetitika yaitu ukuran die set proporsional sesuai dengan konstruksi masing – masing proses pada tuntutan produk yang akan dihasilkan. Namun demikian dalam menentukan tebal material masih tetap diperhatikan kekuatan material terhadap beban yang ditanggungnya. Untuk itu kami menghitung batas patah material apabila mendapat beban dari mesin press yang digunakan. Apabila b ≤ ijin , maka kekuatan dari material dalam batas aman (tidak melebihi batas patah). Sebaliknya, apabila b ≥ ijin , maka material tersebut tidak aman. Oleh karena itu tebal dari material harus disesuaikan dengan batas tegangan ijin yang telah ada.
b =
F kapasitas ton x A panjang x tebal
Penentuan jenis material ditentukan oleh jenis pekerjaan, material bahan baku Sheet metal dan umur pakai dari dies. Data Umum yang dipergunakan : Massa jenis besi
: 7,85 kg/dm3
1N
: 0,101972 kgf 19
Tabel 2.3 Tabel ulir metris[8] Strength rank Thread
As mm2
12,9 Fatigue strength Kgf/mm
M4
8,78
13,1
M5
14,2
11,3
M6
20,1
10,6
M8
36,6
8,9
M10
58
7,4
M12
84,3
6,7
M14
115
6,1
M16
157
5,8
M20
245
5,2
M24
353
4,7
2
5. Menghitung waktu permesinan pengerjaan press tool. Untuk menentukan waktu pengerjaan press tool secara teoritis sebagai acuan perhitungan biaya permesinan. Proses Drilling : Waktu Proses Drilling: Th =
i. L .π .D V .1000 .S
……………………………………………[2.13][3]
Keterangan : i
= jumlah lubang yang sama
L
= depth…………………………..mm
D
= diameter bor…………………...mm
V
= feeding…………………………m/menit
S
= pemakanan……………………..mm/put
Th
= waktu pemrosesan……………...menit
Ketentuan proses drilling : Z
= 2 (jumlah mata potong)
V
= 15 m/menit (feeding)
S
= 0.04 mm/put 20
Proses Milling : Waktu Proses Milling: Th =
L .i S
…………………………………………….[2.14][3]
Keterangan : L
= panjang langkah………..mm
i
= jumlah pemakanan =
S
= Z x Zn x n
jumlah depth a
Ketentuan proses milling : Z
=12 (jumlah gigi)
Zn
= 0.02 mm/gigi
V
= 25 m/menit
Vc
= 71 m/menit
a
= 5 mm (Depth of Cut maksimal)
n =
1000 .Vc π .D
Proses Grinding : Waktu Proses Grinding:
Th =
2 .L .B .i V .1000 .S
……………………………………………[2.15][3]
Keterangan : jumlah depth a
i
= jumlah pemakanan =
L
= panjang material + 10 mm (over travel)
B
= lebar material + tebal batu gerinda
Ketentuan proses grinding : V
= 5 m/menit
S melintang
= 6 mm/langkah
a
= untuk kekasaran N6 = 0.03 mm
21
6. Membuat Production Cost Kegiatan ini dilakukan untuk memperoleh harga press tool setelah melakukan perhitungan biaya total proses engineering,
permesinan,
material, standard part, dan faktor keamanan produksi.
7. Pembuatan desain 3D dan 2D dies. Untuk proses produksi dan memberikan gambaran secara jelas maka perlu adanya gambar 3D dan 2D untuk proses produksi.
22
