Menghitung Tonnage Stamping: Rumus Penting

TL;DR

Menghitung kebutuhan tonase stamping sangat penting untuk memilih mesin yang tepat dan memastikan proses manufaktur berjalan sukses. Rumus dasarnya adalah: Tonase = Keliling Potongan (in) × Ketebalan Material (in) × Kekuatan Geser Material (tons/in²) . Akurasi perhitungan ini tergantung pada penggunaan nilai kekuatan geser yang tepat untuk material spesifik Anda, karena nilai ini bervariasi secara signifikan antara logam seperti baja lunak, aluminium, dan baja kekuatan tinggi lanjutan.

Rumus Dasar untuk Tonase Stamping

Di inti setiap operasi stamping terdapat perhitungan kritis untuk menentukan gaya yang dibutuhkan dalam memotong atau membentuk suatu bagian. Gaya ini, diukur dalam ton, menentukan ukuran dan kapasitas mesin press yang diperlukan. Menggunakan mesin press yang terlalu kecil dapat menyebabkan kerusakan peralatan dan kegagalan produksi, sedangkan mesin press yang terlalu besar tidak efisien dan mahal. Rumus yang paling diterima secara luas untuk menghitung tonase dalam operasi blanking dan piercing sederhana namun efektif.

Rumus utama dinyatakan sebagai:

Force (Tons) = P × Th × SS

Setiap variabel dalam persamaan ini mewakili aspek penting dari operasi:

• P (Keliling): Ini adalah panjang total potongan yang dibuat, diukur dalam inci. Untuk lubang bulat sederhana, ini merupakan kelilingnya (π × diameter). Untuk bentuk persegi atau persegi panjang, ini merupakan jumlah seluruh sisinya.
• Th (Ketebalan): Ini adalah ukuran atau ketebalan lembaran logam yang dicetak, diukur dalam inci.
• SS (Kekuatan Geser): Ini adalah sifat intrinsik dari material yang menentukan ketahanannya terhadap geseran, dinyatakan dalam ton per inci persegi. Ini merupakan variabel paling krusial untuk akurasi.

Sebagai contoh, untuk menghitung tonase yang dibutuhkan untuk meninju lubang berdiameter 2 inci pada lembaran baja lunak setebal 0,10 inci, yang memiliki kekuatan geser sekitar 25 ton/in², perhitungannya adalah: Tonase = (2 in × 3,1416) × 0,10 in × 25 ton/in² = 15,7 ton. Adalah praktik umum menambahkan faktor keamanan sebesar 15-20% untuk memperhitungkan variabel seperti keausan alat.

Untuk menerapkan rumus ini pada proyek Anda sendiri, ikuti langkah-langkah berikut:

1. Tentukan Keliling (P): Hitung total panjang semua tepi yang dipotong dalam satu langkah press.
2. Ukur Ketebalan Material (Th): Gunakan jangka sorong untuk mendapatkan ukuran tepat ketebalan material Anda dalam inci.
3. Identifikasi Kekuatan Geser Material (SS): Temukan kekuatan geser material Anda dalam satuan ton per inci persegi. Nilai ini biasanya terdapat pada lembar data material atau buku pegangan teknik.
4. Hitung Tonnage: Kalikan ketiga nilai tersebut untuk menemukan gaya yang dibutuhkan dalam satuan ton.
5. Tambahkan Faktor Keamanan: Tingkatkan tonase yang dihitung sebesar 15-20% untuk memastikan mesin press Anda memiliki kapasitas yang memadai.

Pendalaman Variabel Kunci: Sifat Material dan Geometri Komponen

Akurasi perhitungan tonase hanya sebaik data yang Anda gunakan. Meskipun keliling dan ketebalan merupakan pengukuran yang langsung, kekuatan geser material adalah variabel rumit yang sangat berdampak terhadap hasil. Salah memahami sifat ini merupakan sumber kesalahan yang umum, terutama pada paduan modern.

Kekuatan geser bukanlah konstanta universal; nilainya sangat bervariasi antar satu material dengan yang lain. Sebagai contoh, aluminium lunak membutuhkan gaya geser jauh lebih kecil dibandingkan baja tahan karat keras. Baja Kekuatan Tinggi Lanjutan (AHSS), yang semakin banyak digunakan dalam industri otomotif karena rasio kekuatan terhadap beratnya, memiliki kekuatan geser yang bisa beberapa kali lebih tinggi dibandingkan baja lunak tradisional. Seperti yang disebutkan dalam Panduan AHSS , perhitungan perkiraan konvensional yang berlaku untuk baja lunak dapat sangat meremehkan tonase yang dibutuhkan untuk material canggih ini, sehingga menyebabkan masalah serius.

Geometri bagian juga sama pentingnya. Keliling harus dihitung secara tepat sesuai bentuk yang dipotong. Untuk bentuk sederhana seperti lingkaran (Keliling = π × diameter) atau persegi panjang (Keliling = 2 × panjang + 2 × lebar), hal ini cukup mudah. Untuk bentuk kompleks dan tidak beraturan, keliling merupakan jumlah dari semua segmen garis lurus dan melengkung yang dipotong secara bersamaan.

Untuk mengilustrasikan perbedaan sifat material, berikut adalah tabel nilai kekuatan geser perkiraan untuk logam umum:

Catatan: Ini adalah nilai perkiraan. Selalu merujuk pada lembar spesifikasi pemasok material Anda untuk data yang akurat.

Untuk memastikan akurasi dalam perhitungan Anda:

• Verifikasi Spesifikasi Material: Jangan pernah mengasumsikan kekuatan geser. Selalu dapatkan nilai yang benar untuk paduan dan temper material Anda.
• Ukur Ketebalan dengan Akurat: Variasi kecil pada ketebalan material dapat memberikan pengaruh signifikan terhadap tonase akhir, terutama pada material berkekuatan tinggi.
• Hitung Keliling dengan Cermat: Untuk bagian yang kompleks, uraikan geometri menjadi segmen-segmen kecil agar panjang potong total dapat dihitung dengan benar.

Perhitungan untuk Operasi Stamping yang Berbeda

Meskipun prinsip dasar perhitungan gaya tetap sama, rumus harus disesuaikan untuk berbagai jenis operasi stamping. Perbedaan utama terletak pada bagian proses mana yang mengonsumsi energi dan bagaimana material mengalami tegangan. Mencampuradukkan persyaratan untuk blanking, punching, dan drawing merupakan penyebab umum kesalahan perhitungan.

Pemotongan dan Blanking: Keduanya merupakan operasi geser. Peninjaman menghilangkan material untuk membuat lubang, sedangkan blanking memotong profil bagian dari lembaran yang lebih besar. Untuk keduanya, rumus standar (Tonnage = P × Th × SS) berlaku secara langsung. Kuncinya adalah menggunakan keliling fitur yang dipotong dan kekuatan geser material. Sebagai contoh, dalam peninjaman, 'P' adalah keliling punch; dalam blanking, 'P' adalah keliling bagian akhir.

Gambar: Ini adalah operasi pembentukan, bukan operasi geser. Drawing membentangkan lembaran logam menjadi bentuk tiga dimensi, seperti cangkir atau shell. Material mengalami tegangan tarik, bukan geser. Oleh karena itu, perhitungan harus dimodifikasi. Seperti dijelaskan oleh The Fabricator , rumus drawing menggantikan kekuatan geser (SS) dengan Kekuatan Tarik Ultimat (UTS) . Selain itu, gaya yang dibutuhkan oleh blank holder atau pressure pad harus dihitung dan ditambahkan ke total gaya.

Progressive Stamping: Pada die progresif, beberapa operasi (misalnya meninju, membengkokkan, membentuk) terjadi di stasiun yang berbeda dengan setiap langkah press. Untuk menghitung total tonase, Anda harus menghitung gaya yang dibutuhkan untuk setiap operasi yang dilakukan secara bersamaan, lalu menjumlahkannya. Ini termasuk piercing, forming, bending, dan bahkan gaya yang diberikan oleh spring stripper serta nitrogen pressure pad.

Berikut ini adalah perbandingan pertimbangan utama untuk berbagai operasi:

Untuk memilih perhitungan yang benar, gunakan daftar periksa berikut:

• [ ] Apakah operasi ini terutama memotong bahan? Jika ya, gunakan rumus kekuatan geser.
• [ ] Apakah operasi meregangkan atau membentuk bahan menjadi bentuk 3D? Jika ya, gunakan rumus kekuatan tarik dan tambahkan tekanan bantalan.
• [ ] Apakah beberapa operasi terjadi dalam satu pukulan pers? Jika ya, hitung jumlah tonnage untuk masing-masing dan tambahkannya.

Pertimbangan Lanjutan dan Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Tonnage

Rumus dasar memberikan perkiraan yang solid, tetapi dalam lingkungan produksi dunia nyata, beberapa faktor lain dapat mempengaruhi jumlah tonnage yang sebenarnya diperlukan. Mengabaikan detail ini dapat menyebabkan prediksi yang tidak akurat dan masalah pemrosesan. Insinyur berpengalaman memperhitungkan nuansa-nuansa ini untuk memperbaiki perhitungan mereka dan memastikan stabilitas proses.

Salah satu faktor yang paling penting adalah kondisi alat. Rumus standar seringkali mengkompensasi alat yang kusam dengan menggunakan ketebalan material penuh. Namun, alat tajam menyebabkan material pecah setelah menembus hanya sebagian kecil dari ketebalannya (sering 20-50%), sehingga mengurangi kekuatan yang dibutuhkan. Sebaliknya, alat yang usang atau kusam akan membutuhkan jumlah yang jauh lebih besar. Faktor lain termasuk jarak antara tusukan dan mati, konsistensi kekerasan material, dan kecepatan pers.

Selain itu, terdapat perbedaan kritis antara tonase (gaya puncak) dan energi. Sebuah mesin press mungkin memiliki kapasitas tonase yang cukup, tetapi tidak memiliki energi yang memadai untuk menyelesaikan pekerjaan, terutama untuk operasi deep-drawing yang melibatkan material pada posisi tinggi dalam langkah press. Hal ini dapat menyebabkan mesin press macet di bagian bawah langkahnya. Pendekatan modern semakin mengandalkan Analisis Elemen Hingga (FEA) dan perangkat lunak simulasi untuk mengatasi keterbatasan perhitungan manual. Seperti yang dicatat oleh StampingSimulation , alat-alat ini dapat secara akurat memodelkan faktor-faktor kompleks seperti penguatan regangan material, springback, dan tekanan binder sepanjang proses pembentukan. Untuk komponen kompleks, khususnya di sektor otomotif, pemanfaatan simulasi CAE canggih bukan lagi sekadar kemewahan melainkan suatu keharusan. Pemasok terkemuka seperti Shaoyi (Ningbo) Metal Technology Co., Ltd. menggunakan teknologi-teknologi ini untuk memastikan ketepatan dan efisiensi dalam manufaktur cetakan dan komponen stamping otomotif.

Untuk operasi yang lebih andal dan aman, pertimbangkan tips profesional berikut:

• Terapkan Faktor Keamanan: Selalu tambahkan setidaknya 15-20% pada tonase yang telah dihitung untuk menciptakan cadangan terhadap variasi material dan keausan alat.
• Perhitungkan Semua Gaya: Pada cetakan kompleks, ingatlah untuk menambahkan gaya dari pegas nitrogen, bantalan tekan, dan cam penggerak ke total keseluruhan.
• Pertimbangkan Ketajaman Alat: Jika Anda menjaga alat tetap sangat tajam, Anda mungkin dapat menggunakan nilai tonase yang lebih rendah, namun perhitungan berdasarkan alat tumpul memberikan batas atas yang lebih aman.
• Seimbangkan Beban: Pada mesin press besar atau cetakan progresif, pastikan beban tersebar merata di seluruh alas press untuk mencegah kemiringan serta keausan dini pada mesin press maupun cetakan.

Pertanyaan yang Sering Diajukan

1. Bagaimana cara menghitung tonase untuk stamping?

Metode yang paling umum untuk menghitung tonase dalam proses stamping (khususnya untuk piercing dan blanking) adalah dengan menggunakan rumus: Tonase = Keliling potongan (dalam inci) × Ketebalan Material (dalam inci) × Kekuatan Geser material (dalam ton per inci persegi). Nilai kekuatan geser sangat penting dan bervariasi besar tergantung pada jenis logam yang digunakan.

2. Bagaimana cara menghitung kebutuhan tonase?

Untuk menghitung kebutuhan tonase total, Anda harus terlebih dahulu mengidentifikasi seluruh pekerjaan yang dilakukan dalam satu langkah press. Untuk operasi blanking sederhana, Anda menerapkan rumus standar (Keliling × Ketebalan × Kekuatan Geser). Untuk die progresif dengan beberapa stasiun, Anda harus menghitung tonase untuk setiap stasiun yang melakukan pekerjaan secara bersamaan (misalnya, piercing, forming, bending), lalu menjumlahkan semua nilai tersebut untuk mendapatkan tonase total yang dibutuhkan.

3. Bagaimana cara menghitung tonase press tempa?

Menghitung tonase untuk mesin tempa berbeda secara mendasar dari proses stamping. Alih-alih aksi geser berbasis perimeter, tempa melibatkan pemadatan volume material. Rumusnya lebih kompleks dan biasanya terkait dengan luas proyeksi hasil tempa, tegangan alir material pada suhu tempa, serta faktor kompleksitas bentuk. Rumus ini tidak dapat dipertukarkan dengan perhitungan tonase stamping.