kerja pelat

©2007 John Wiley & Sons, Inc. M P Groover, Fundamentals of Modern Manufacturing 3/e

KERJA PELAT

(SHEET METALWORKING)

1. Cutting Operations/ Pemotongan

2. Bending Operations/penekukan

3. Drawing/ Penarikan

4. Pembentukan pelat yang lain

5. Dies and Presses untuk Pemrosesan Pelat

6. Operasi pelat tidak pada mesin pres.

7. Penarikan tabung


Definisi Kerja Pelat

Pemotongan dan pembentukan terhadap

lembaran logam relatif tipis

Tebal lembaran logam = 0.4 mm (1/64 in) sd 6

mm (1/4 in)

Tebal pelat asal > 6 mm

Operasi bisanya dikategorikan sebagai kerja

dingin


Produk Logam Lembaran dan pelat

Lembaran atau pelat untuk konsumen atau

produk industri, seperti:

Automobiles and trucks

Airplanes

Railway cars and locomotives

Farm and construction equipment

Small and large appliances

Office furniture

Computers and office equipment


Keunggulan benda kerja berbahan pelat

logam

Kekuatan tinggi

Akurasi dimensi bagus

Permukaan akhir bagus

Biaya relatif murah

Ekonomis untuk produksi massal


Terminologi Kerja Pelat

Punch-and-die – perkakas untuk

melakukan pemotongan, penekukan dan

penarikan

Stamping press – mesin perkakas yang

menjalankan kebanyakan operasi kerja

pelat

Stampings – produk kerja pelat


Tipe Dasar Proses Kerja Pelat

1. Cutting /Pemotongan

Pengguntingan untuk memisahkan

lemabaran yang luas

Blanking untuk memotong sisi luar benda

kerja dari lembaran

Punching untuk membuat lubang pada

lembran pelat

2. Bending

Menekuk pelat terhadap satu sumbu lurus

3. Drawing

Pembentukan lembaran pelat menjadi

bentuk convex atau concave

Pemotongan Pelat Logam

Figure 20.1 Pengguntingan logam lembaran diantara dua ujungpemotong: (1) sesaat sebelum pons menyentuh benda kerja; (2) ponsmulai menekan benda kerja, menyebabkan deformasi plastis. (3) pons menekan terhadap benda kerja menyebabkan permukaanterpotong halus; (4) retakan terjadi pada sisi lain dari pemotong yang memisahkan pelat.

Pemotongan Pelat Logam

©2007 John Wiley & Sons, Inc. M P Groover,

Fundamentals of Modern Manufacturing 3/e


Shearing, Blanking, and Punching

Tiga operasi dasar pemotongan pelat:

Shearing

Blanking

Punching


Shearing

Operasi pemotongan sepanjang garis lurus di

antara dua pemotong

Umumnya untuk memotong pelat yang lebar

Figure 20.3 operasi pengguntingan; (a) pandangan

samping operasi pemotongan; (b) pandangan depan

gunting mesin yang dengan bilah pisau atas miring


Blanking and Punching

Blanking – pemotongan pelat untuk memisahkanbenda kerja (disebut sbg blank) dari lembaransekelilingnya

Punching – mirip dg blanking kecuali yang terpotongadalah sekrap (disebut sbg slug)

Figure 20.4 (a) Blanking and (b) punching.

Variabel penting pada Pemotongan

Parameter Proses:

Ukuran pons dan die

Kecepatan pemotongan, pelumasan dan celah

pemotongan©2007 John Wiley & Sons, Inc. M P Groover, Fundamentals of Modern Manufacturing 3/e

Skema ujung pelat yang digunting

Tahapan pemotongan

dan penampang hasil potong



Celah pada Pemotongan Pelat

Jarak antara ujung pons dan die

Umumnya antara 4% and 8% dari tebal pelat

Jika terlalu kecuali, garis retakan tidak

menyatu dan menyebabkan rambatan

retakan ganda dan gaya yang besar

Jika terlalu besar, logam terjepit di antara

dua pemotong dan hasilnya berduri (burr)

panjang seperti gantolan.


Efek dari celah, c terhadap zona deformasi pada pons

dan die. Jika celah meningkat bahan cenderung

tertarik ke die daripada tergunting©2007 John Wiley & Sons, Inc. M P Groover, Fundamentals of Modern Manufacturing 3/e



Celah direkomendasi dihitung dengan:

c = at

dengan c = celah; a = tetapan tambahan; dan

t = tebal pelat

Tetapan a ditentukan oleh tipe logam


Tetapan “a” berdasarkan kelompok logam

Metal group a

1100S and 5052S aluminum alloys, all

tempers

0.045

2024ST and 6061ST aluminum alloys;

brass, soft cold rolled steel, soft

stainless steel

0.060

Cold rolled steel, half hard; stainless

steel, half hard and full hard

0.075


Punch and Die Sizes

For a round blank of diameter Db:

Blanking punch diameter = Db - 2c

Blanking die diameter = Db

where c = clearance

For a round hole of diameter Dh:

Hole punch diameter = Dh

Hole die diameter = Dh + 2c

where c = clearance


Figure 20.6 Die size

determines blank

size Db; punch size

determines hole

size Dh.; c =

clearance

Punch and Die Sizes


Tujuan: memudahkan slug atau blank jatuh

melalui die

Sudut umumnya: 0.25 - 1.5 pada masing-

masing sisi

Figure 20.7

Angular

clearance.

Celah Anguler

Perkakas pemotongBench Shear (Gunting tuas dan bagiannya)

Pandangan dekat rahangpemotong

Perkakas pemotong

Gunting mesin yang mampumemotong pelat tebal sd 6mm Mesin Pemotong Guillotine


Gaya Pemotongan

Penting untuk menentukan ukuran mesin press

(tonase)

F = S t L

dengan S = kekuatan geser logam; t = tebal

pelat; L = panjang pemotongan

Karena harga S jarang tersedia, maka diambil

dari harga kekuatan tarik maksimum (UTS)

material, sehingga

F = 0.7 (UTS) t L

Note: 1 Ton = 8.90 kN. 1kN = .112 Tons

Contoh Properties untuk Baja

Properties of Steel

UNS Number

Processing Method

Yield Strength

kpsi

Tensile Strength

kpsi

Yield Strength

MPa

Tensile Strength

MPa

Elongation in 2 in.

Reduction in Area

BrinellHardness

% % H_b

G10100 Hot Rolled 26 47 179 324 28 50 95

G10100 Cold Drawn 44 53 303 365 20 40 105

G10150 Hot Rolled 27 50 186 345 28 50 101

G10150 Cold Drawn 47 56 324 386 18 40 111

G10180 Hot Rolled 32 58 220 400 25 50 116

G10180 Cold Drawn 54 64 372 441 15 40 126

G10350 Hot Rolled 39 72 269 496 18 40 143

G10350 Cold Drawn 67 80 462 551 12 35 163

G10350

Drawn 800

F 81 110 558 758 18 51 220

Contoh Properties untuk Aluminum alloy (lakuran)

Properties of Aluminum Alloys

UNS Alloy Number Temper

Yield Strength

(kpsi)

Tensile Strength

(kpsi)

Shear Modulus of

Rupture (kpsi)

Fatigue Strength

(kpsi)Elongation in 2 in., %

BrinellHardness

(H_b)

A91100 -O 5 13 9.5 5 45 23

A91100 -H12 14 15.5 10 6 25 28

A91100 -H14 20 22 14 9 16 40

A91100 -H16 24 26 15 9.5 14 47

A91100 -H18 27 29 16 10 10 55

A93003 -O 6 16 11 7 40 28

A93003 -H12 17 19 12 8 20 35

A93003 -H14 20 22 14 9 16 40

A93003 -H16 24 26 15 9.5 14 47

A93003 -H18 27 29 16 10 10 55

Contoh soal

1. Pelat aluminum A93003 tebal 3 mm yang telah mengalami temper H14 hendak dipotong dengan pisau guillotine. Dimensi pelat 1200 x 1000mm dan hendak dipotong sepanjang lebarnya. Tentukan gayapotong yang diperlukan jikaa) bilah pisau atas miring 3o

b) bilah pisau keduanya sejajar

2. Baja G10180 hasil pengerjaan dingin hendak dibuat ring berukuran diameter luar 10mm dan diameter dalam 6mm. a) Tentukan ukuran pons dan die

b) Berapakah gaya yang yang diperlukan untuk memotong saturing tersebut jika menggunakan

•

Compound dies

• Beberapa operasi pada pelat yang sama dibuat dengan satulangkah pada satu stasiun kerja dibuat dengan compound dies

ilustrasi skema (a) sebelum dan (b) setelah operasi blanking untuk

membuat sebuah ring pada sebuah compound die. Perhatikan

gerakan pemisahan die (atau balnking) dan pons

Progressive dies• Benda kerja dibuat dengan ulti operasi misalnya punching,

blanking dan notching dibuat pada laju produksi tinggi dalam

progressive dies.

(c) pembuatan ring dengan progressive die

(d) pembentukan tutup atas kaleng aerosol dengan sebuah progressive die.

Catatan bahwa benda kerja tetap menempel lembaran pelat sampai denganoperasi komplit


Figure 20.11 (a) Penekukan lembaran logam

Penekukan lembaran Logam

Penekukan didefinisikan sebagai pembengkokan

logam terhadap sebuah sumbu lurus untuk

mendapatkan deformasi (perubahan bentuk)

permanen

α = sudut tekuk

w = lebar lembaran

R = radius tekuk

t = tebal lembaran

α′ = 180 - α, sudut “included”


Ketika penekukan bagian dalam sumbu netral

mengalami tekan sementara bagian luar

mengalami tarik

Figure 20.11 (b)

elongasi tekan dan tarik

keduanya terjadi pada

penekukan.

Sheet Metal Bending


Tipe Penekukan Lembaran Logam

V-bending – dilakukan dengan die berbentuk V

Edge bending – dibuat dengan sebuah wiping

die

Panah menujukkan arah pemberian gaya


Untuk produksi rendah

Dibuat pada mesin press brake

Die V sederhana dan tidak mahal

Figure 20.12

(a) V-bending;

V-Bending


Untuk laju produksi tinggi

Diperlukan bantalan penahan (Pressure pad)

Dies lebih kompleks dan mahal

Edge Bending

Figure 20.12

(b) edge

bending.


Penarikan selama Penekukan

Jika radius tekuk relatif kecil dibanding tebal

pelat, logam cenderung tertarik selama

penekukan

Penting untuk memperkirakan jumlah

penarikan, sehingga panjang akhir = dimensi

yang ditentukan

Masalah: menentukan panjang sumbu netral

sebelum ditekuk.


Rumus Kelonggaran Tekuk

Dengan Ab = kelonggaran tekuk (bend allowance);

= sudut tekuk; R= radius tekuk; t = tebal pelat; and

Kba = faktor untuk memerkirakan penarikan

Jika R < 2t, Kba = 0.33

Jika R 2t, Kba = 0.50

)tKR(A bab +360

2=α

π

Springback

Penambahan sudut “include” (sudut dalam) hasil

penekukan dibandingkan terhadap sudut perkakas

tekuk setelah perkakas dilepas (beban ditiadakan)

Alasan terjadinya springback:

Jika tekanan tekuk dihilangkan, energi elastis

tersisa pada benda tertekuk, menyebabkan ianya

balik sebagian ke bentuk semula

Springback naik seiring turunnya modulus elastisitas,

E, dan naiknya kekuatan lulur (yield), Y dari bahan

Setelah springback:

Sudut tekuk akan turun (sudut dalam “include” akannaik

Radius tekuk akan naik


Figure 20.13 Springback pada penekukan dapt dilihat sebagai sebuah

pengurangan sudut tekuk dan penambahan radius tekuk: (1) selama

penekukan, pelat dipaksa ke radius Rb dan sudut dalam b' mengikuti

perkakas penekuk, (2) setelah pons diangkat, pelat “springs back” ke

radius R dan sudut ‘.

Springback

Springback in bending

Berikut ilustrasi springback pada penekukan:

Manufacturing processes by S. Kalpakjian and S. Schmid

αi: sudut tekuk sebelum springback

αf: sudut tekuk setelah springback

Ri: radius tekuk sebelum springback

Rf: radius tekuk sesudah springback

Catatan; Ri dan Rf adalah radius internal

39

Springback in bending

Untuk memerkirakan springback, rumus berikut

dapat digunakan:

Manufacturing processes by S. Kalpakjian and S. Schmid

dengan:

Ri, Rf: radius mula dan radius tekuk akhir

Y: kekuatan luluh (Yield strength)

E: modulus Young’

t: tebal lembaran

40

41

Kompensasi terhadap Springback

Banyak cara untuk mengompensasi springback. Dua cara yang

lazim:

Overbending/ penekukan berlebih

Bottoming (coining)

Tambahan:

Stretch bending – Pelat diberi beban tarik sambil ditekuk. Part is subjected to

tension while being bent.

Untuk mengurangi spring back, bending dapt dilakukan pada suhu yang

dinaikkan.

Jika penekukan berlebih diterapkan pada penekukan V (misalnya),

sudut dan radius pons dibuat sedikit lebih kecil daripada sudut dan

radius benda kahir. Dengan cara ini lembaran tertekuk akan

“springback” ke nilai yang diinginkan.

Bottoming melibatkan penekanan terhdap pelat pada langkah akhir,

sehingga mendeformasi plastis pelat pada daerah tekukan.


Gaya Penekukan (Bending Force)

Gaya tekuk maksimum dapat diperkirakan sebagai:

dengan F = gaya tekuk;

TS = tensile strength lembar logam;

w = lebar pelat pada arah sumbu tekuk;

dan t = tebal pelat.

Untuk penekukan-V, Kbf = 1.33;

untuk penekukan ujung, Kbf = 0.33

Untuk (u-die) Kbf=0.7D= dimensi bukaan die

D

TSwtKF bf

2

Khusus Penekuakan die-V

Max bending force, P = (UTS)Lt2

w

L=panjang penekukan



Figure 20.14 Dimensi bukaan die: (a) V-die, (b) wiping die.

Dimensi Bukaan Die

45

Variasi Flanging

Termasuk dalam operasi penekukan adalah:

Flanging adalah oprasi penekukan dengan

ujung pelat ditekuk 90o membentuk rim atau

flens. Hal ini sering dilakukan untuk memerkuat

pelat atau memerkakunya pelat. Flens dapat

lurus, ulur atau kerut.

(a) Straight flanging (lurus)

(b) Stretch flanging (ulur)

(c) Shrink flanging (kerut)

Variasi Flanging

Pada flanging ulur (stretch) proyeksi garis tekuk adalah cekungdan pelat ditarik melingkar, yakniA>B. Flens mengalami pengurusanpada stretch flanging.

Pada flanging kerut garis proyeksitekukan adalah cembung (convex) dan bahan ditekan, yakni A<B. Pelat mengalami penggemukanpada shrink flanging.

46Figures courtesy of Engineering Research

Center for Net Shape Manufacturing

Variasi Bending

Operasi bending yang lain, termasuk:

Hemming melibatkan penekukan ujung lembaran ke pelat semulapada tahap penekukan lebih dari sekali. Proses ini sering digunaknuntuk menghilangkan ujung tajam, meningkatkan kekakuan, danmemercantik penampilan; seperti ujung daun pintu mobil.

•Seaming operasi bending dengan dua lembar logam disatukan.

•Curling (pengeritingan atau beading) membentuk ujung benda kerjamenjadi sebuah roll. Pengeritinganjuga digunakan untuk keamana, kekuatan dan estetika.

47

(a) Hemming

(b) Seaming

(c) Curling


Drawing

Kerja pelat membuat bentuk cup, kotak, atau

cekung kompleks dan benda kerja berlubang

Lembaran logam diletakkan di atas kawah die

kemudian pons menekan logam ke bukaan

yang tersedia.

Produk: kaleng minuman, selongsong peluru,

panel bodi mobil

Juga dikenal sebagai deep drawing (untuk

membedakan dari wire dan bar drawing)


Figure 20.19 (a) Drawing

bentuk cangkir: (1)

sebelum pons

menyentuk benda

kerja, (2) hampir akhir

langkah drawing; (b)

benda kerja: (1)

lembaran awal, (2)

benda jadi.

Drawing


Celah pada Penekukan

Sisi pons dan die dipisahkan oleh celah c

sebesar:

c = 1.1 t

dengan t = tebal pelat

Dengan kata lain, celah sekitar 10% lebih

besar daripada tebal pelat


Uji Kelayakan Penekukan

Rasio penekukan

Reduksi

Rasio tebal terhadap diameter


Rasio Penekukan (Drawing Ratio, DR)

dengan Db = diameter blank;

and Dp = diameter pons

Mengindikasikan batas aman operasi

penekukan:

Batas atas: DR 2.0

Paling mudah didefinisaikan untuk bentuk

silindris :

p

b

D

DDR


Reduksi, r

Untuk bentuk silindris didefinisikan sebagai:

b

pb

D

DDr

Nilai r harus kurang dari 0.50


Rasio Tebal terhadap Diamater, t/Db

Tebal pelat awal dibagi dengan diameter

Diinginkan rasio t/Db lebih dari 1%

Seiring penurunan t/Db, kecenderungan

terjadinya kerutan (wrinkle) naik.


Penetuan Ukuran Blank

For final dimensions of drawn shape to be

correct, starting blank diameter Db must be

right

Solve for Db by setting starting sheet metal

blank volume = final product volume

To facilitate calculation, assume negligible

thinning of part wall


Shapes other than Cylindrical Cups

Square or rectangular boxes (as in sinks),

Stepped cups

Cones

Cups with spherical rather than flat bases

Irregular curved forms (as in automobile body

panels)

Each of these shapes presents its own unique

technical problems in drawing


Other Sheet Metal Forming on Presses

Other sheet metal forming operations performed

on conventional presses

Operations performed with metal tooling

Operations performed with flexible rubber

tooling


Makes wall thickness of cylindrical cup more

uniform

Figure 20.25 Ironing to achieve more uniform wall thickness in a

drawn cup: (1) start of process; (2) during process. Note thinning

and elongation of walls.

Ironing


Creates indentations in sheet, such as raised

(or indented) lettering or strengthening ribs

Figure 20.26 Embossing: (a) cross-section of punch and die

configuration during pressing; (b) finished part with embossed ribs.

Embossing


Figure 20.28 Guerin process: (1) before and (2) after. Symbols v

and F indicate motion and applied force respectively.

Guerin Process


Advantages of Guerin Process

Low tooling cost

Form block can be made of wood, plastic, or

other materials that are easy to shape

Rubber pad can be used with different form

blocks

Process attractive in small quantity production


Dies for Sheet Metal Processes

Most pressworking operations performed with

conventional punch-and-die tooling

Custom-designed for particular part

The term stamping die sometimes used for

high production dies


Figure 20.30 Components of a punch and die for a blanking operation.

Punch and Die Components


Figure 20.31 (a)

Progressive die;

(b) associated

strip development

Progressive Die


Figure 20.32 Components of a typical mechanical drive stamping press

Stamping Press


Types of Stamping Press Frame

Gap frame

Configuration of the letter C and often

referred to as a C-frame

Straight-sided frame

Box-like construction for higher tonnage


Figure 20.33 Gap frame

press for sheet

metalworking (ohoto

courtesy of E. W. Bliss

Co.); capacity = 1350 kN

(150 tons)


Figure 20.34 Press brake (photo courtesy of Niagara Machine & Tool Works); bed width = 9.15 m (30 ft) and capacity = 11,200 kN (1250 tons).


Figure 20.35 Sheet metal parts produced on a turret press, showing

variety of hole shapes possible (photo courtesy of Strippet Inc.).


Figure 20.36 Computer numerical control turret press (photo

courtesy of Strippet, Inc.).


Figure 20.37

Straight-sided frame

press (photo courtesy of

Greenerd Press &

Machine Company,

Inc.).


Power and Drive Systems

Hydraulic presses - use a large piston and

cylinder to drive the ram

Longer ram stroke than mechanical types

Suited to deep drawing

Slower than mechanical drives

Mechanical presses – convert rotation of motor

to linear motion of ram

High forces at bottom of stroke

Suited to blanking and punching


Operations Not Performed on Presses

Stretch forming

Roll bending and forming

Spinning

High-energy-rate forming processes.


Sheet metal is stretched and simultaneously

bent to achieve shape change

Figure 20.39 Stretch forming: (1) start of process; (2) form die is

pressed into the work with force Fdie, causing it to be stretched and

bent over the form. F = stretching force.

Stretch Forming


Force Required in Stretch Forming

where F = stretching force; L = length of sheet in

direction perpendicular to stretching; t =

instantaneous stock thickness; and Yf = flow

stress of work metal

Die force Fdie can be determined by balancing

vertical force components

fLtYF


Large metal sheets and plates are formed into

curved sections using rolls

Figure 20.40 Roll bending.

Roll Bending


Continuous bending process in which opposing

rolls produce long sections of formed shapes

from coil or strip stock

Figure 20.41 Roll

forming of a

continuous

channel section:

(1) straight rolls,

(2) partial form,

(3) final form.

Roll Forming


Spinning

Metal forming process in which an axially

symmetric part is gradually shaped over a

rotating mandrel using a rounded tool or roller

Three types:

1. Conventional spinning

2. Shear spinning

3. Tube spinning


Figure 20.42 Conventional spinning: (1) setup at start of process;

(2) during spinning; and (3) completion of process.

Conventional Spinning


High-Energy-Rate Forming (HERF)

Processes to form metals using large amounts of

energy over a very short time

HERF processes include:

Explosive forming

Electrohydraulic forming

Electromagnetic forming


Explosive Forming

Use of explosive charge to form sheet (or plate)

metal into a die cavity

Explosive charge causes a shock wave whose

energy is transmitted to force part into cavity

Applications: large parts, typical of aerospace

industry


Figure 20.45 Explosive forming: (1) setup, (2) explosive is

detonated, and (3) shock wave forms part and plume

escapes water surface.

Explosive Forming


Electromagnetic Forming

Sheet metal is deformed by mechanical force of

an electromagnetic field induced in the

workpart by an energized coil

Presently the most widely used HERF process

Applications: tubular parts


Figure 20.47 Electromagnetic forming: (1) setup in which coil is

inserted into tubular workpart surrounded by die; (2) formed part.

Electromagnetic Forming

kerja pelat

Technology

4 a blanking and b punching

1 pengguntingan logam

pemotongan parameter

pelat untuk konsumen