Prinsip Utama dalam Desain Cetakan Trimming dan Piercing

TL;DR

Desain die trimming dan piercing adalah disiplin teknik khusus yang berfokus pada pembuatan alat press yang kuat untuk memotong dan meninju logam lembaran secara presisi. Keberhasilan bergantung pada perhitungan akurat mengenai gaya potong, pemilihan strategis material alat, serta teknik desain lanjutan. Tujuan utamanya adalah mengelola tegangan material secara efektif, memastikan hasil potongan yang bersih dengan burr minimal, serta memaksimalkan umur operasional dan ketepatan set die.

Dasar-Dasar Operasi Trimming dan Piercing

Dalam dunia fabrikasi lembaran logam, trimming dan piercing merupakan operasi pemotongan dasar yang menentukan geometri akhir suatu komponen. Meskipun sering dikelompokkan bersama proses sejenis, keduanya memiliki fungsi yang berbeda. Trimming adalah proses menghilangkan material berlebih dari tepi luar komponen hasil stamping untuk mencapai profil akhirnya. Sementara itu, piercing melibatkan pembuatan fitur internal seperti lubang atau alur dengan cara meninju keluar material dari dalam perimeter komponen tersebut. Kedua operasi ini mengandalkan aksi geser, di mana tegangan ekstrem terkonsentrasi pada tepi pemotong punch dan die, sehingga menyebabkan material terputus secara bersih.

Kualitas tepi potongan mekanis dicirikan oleh empat zona: rollover, burnish, fracture, dan burr. Sebagaimana dijelaskan dalam panduan dari Panduan AHSS , tepi yang ideal untuk baja berkekuatan tinggi memiliki zona burnish yang jelas dan zona patahan yang halus, yang sangat penting untuk mencegah retakan dalam operasi pembentukan selanjutnya. Memahami dasar-dasar ini merupakan langkah pertama dalam merancang alat yang menghasilkan komponen berkualitas tinggi secara konsisten.

Untuk memperjelas peran mereka, berguna untuk membandingkan operasi-operasi ini dengan proses pemotongan umum lainnya. Blanking mirip dengan piercing, tetapi material yang dikeluarkan (slug) merupakan bagian yang diinginkan, sedangkan dalam piercing slug menjadi sisa potongan. Shearing adalah istilah umum untuk memotong lembaran logam dalam garis lurus antara dua pisau. Setiap proses dipilih berdasarkan hasil yang diinginkan serta posisinya dalam urutan manufaktur.

Prinsip Dasar Desain Die dan Perhitungan Utama

Desain die yang efektif merupakan proses berbasis data yang didasarkan pada prinsip-prinsip teknik. Sebelum memulai pemodelan, perancang harus melakukan perhitungan penting untuk memastikan alat mampu menahan gaya operasional dan berfungsi secara andal dalam mesin press yang dipilih. Perhitungan paling mendasar adalah gaya pemotongan, yang menentukan kapasitas tonase yang dibutuhkan dari mesin press. Rumus tersebut umumnya dinyatakan sebagai: Gaya Pemotongan (F) = L × t × S , di mana 'L' adalah panjang total keliling potongan, 't' adalah ketebalan material, dan 'S' adalah kekuatan geser material.

Menentukan secara akurat gaya potong sangat penting untuk memilih press dengan kapasitas tonase yang memadai, biasanya dengan margin keamanan 20-30%. Faktor penting lainnya adalah celah mati—jarak antara punch dan bukaan mati. Seperti dijelaskan dalam panduan lengkap oleh Jeelix , celah optimal biasanya berkisar 5-12% dari ketebalan material per sisi. Celah yang terlalu kecil akan meningkatkan gaya potong dan keausan alat, sedangkan celah yang terlalu besar dapat menyebabkan duri besar dan tepi berkualitas rendah. Untuk baja berkekuatan tinggi lanjutan (AHSS), celah tersebut sering kali perlu diperbesar guna mengelola tegangan tinggi yang terlibat.

Pemilihan material untuk komponen die itu sendiri merupakan prinsip utama lainnya. Punch dan insert die harus memiliki keseimbangan antara kekerasan untuk ketahanan aus dan ketangguhan agar tidak retak akibat benturan. Pilihan yang umum digunakan meliputi baja perkakas D2 dan A2 untuk aplikasi umum, sedangkan produksi volume tinggi atau penggunaan material abrasif mungkin memerlukan baja metalurgi serbuk atau karbida. Proses pemilihan ini melibatkan pertimbangan antara biaya dan kinerja, dengan tujuan memaksimalkan umur die serta meminimalkan waktu henti perawatan. Untuk aplikasi kompleks, seperti di sektor otomotif, sangat penting untuk mendapatkan keahlian khusus. Perusahaan seperti Shaoyi (Ningbo) Metal Technology Co., Ltd. mengkhususkan diri dalam die stamping otomotif, memanfaatkan simulasi canggih dan pengetahuan material untuk memberikan solusi perkakas yang kuat dan efisien.

Anatomi Set Die Trimming dan Piercing

Cetakan bukan blok baja monolitik, melainkan perakitan presisi dari komponen-komponen yang saling terkait, masing-masing memiliki fungsi tertentu. Memahami anatomi ini sangat penting untuk merancang, membangun, dan merawat peralatan yang efektif. Seluruh perakitan ini ditempatkan di dalam satu set cetakan, yang terdiri dari alas cetakan atas dan bawah (atau pelat) yang diselaraskan oleh pin penuntun dan busing. Sistem dasar ini memastikan penyelarasan tingkat mikron antara bagian atas dan bawah alat selama operasi berkecepatan tinggi, yang sangat penting untuk mencegah kerusakan dan menjaga konsistensi produk.

Komponen kerja utama adalah punch dan die block (atau die button/insert). Punch, yang dipasang pada upper die shoe, merupakan komponen laki-laki yang melakukan pemotongan. Die block, yang dipasang pada lower shoe, merupakan komponen perempuan dengan bukaan tempat punch masuk. Geometri dan celah yang presisi antara kedua bagian ini menentukan bentuk akhir dari lubang yang dilubangi atau tepi yang terpotong. Material, kekerasan, dan hasil akhir permukaan keduanya sangat penting bagi umur alat dan kualitas produk.

Komponen penting lainnya adalah penarik (stripper). Setelah punch memotong bahan, sifat elastis logam lembaran menyebabkan bahan menempel pada punch. Fungsi stripper adalah melepaskan paksa bahan dari punch saat gerakan naik press. Stripper dapat berupa tipe tetap atau pegas, dengan tipe pegas memberikan tekanan untuk menahan bahan tetap rata selama proses pemotongan, sehingga meningkatkan kerataan produk. Untuk die progresif, pilot juga sangat penting. Pilot adalah pin yang masuk ke lubang-lubang sebelumnya yang telah dilubangi pada strip guna memastikan keselarasan yang tepat di setiap stasiun berikutnya.

Daftar Periksa Pemeliharaan Komponen Die:

• Punch dan Die Button: Periksa secara rutin tepi potong terhadap kelengkungan, retak, atau keausan berlebihan. Asah sesuai kebutuhan untuk menjaga hasil potongan yang bersih dan mengurangi gaya pemotongan.
• Panduan Pin dan Busing: Pastikan komponen dilumasi dengan benar dan periksa tanda-tanda galling atau keausan. Panduan yang aus dapat menyebabkan ketidakselarasan dan kegagalan die yang parah.
• Pelat stripper: Verifikasi bahwa pegas (jika ada) memiliki tekanan yang cukup dan tidak patah. Periksa adanya keausan pada permukaan kontak.
• Die Set: Periksa die shoes untuk mencari retakan atau kerusakan. Pastikan semua pengencang dikencangkan sesuai spesifikasi yang benar.
• Kebersihan Umum: Jaga die agar bebas dari slugs, serpihan, dan kotoran lain yang dapat menyebabkan cacat produk atau kerusakan pada peralatan.

Teknik dan Material Desain Die Lanjutan

Melampaui prinsip dasar, desain die lanjutan berfokus pada optimalisasi kinerja, penanganan material yang sulit, dan memperpanjang masa pakai alat untuk produksi volume tinggi. Salah satu kemajuan paling signifikan adalah penggunaan progressive dies, yang melakukan beberapa operasi (misalnya, piercing, trimming, bending) secara berurutan di stasiun yang berbeda dalam satu alat tunggal. Seperti dijelaskan oleh para ahli di Eigen Engineering , menguasai desain progressive die melibatkan perencanaan tata letak strip yang canggih untuk memaksimalkan penggunaan material dan memastikan stabilitas strip saat maju melalui die.

Untuk mencapai kerataan bagian yang luar biasa, teknik seperti fineblanking dan cut-and-carry digunakan. Fineblanking adalah proses khusus yang menggunakan pelat tekanan tinggi dan cincin-v untuk menjepit material dengan kuat, menghasilkan bagian yang terpotong sempurna, berpinggir lurus, dengan hampir tidak ada zona patah. Demikian pula, metode cut-and-carry, dijelaskan oleh The Fabricator , melibatkan blanking bagian secara parsial melalui strip dan menahannya rata dengan pelat tekan sebelum dikeluarkan di stasiun berikutnya. Pengendalian material selama pemotongan ini meminimalkan tegangan internal yang menyebabkan distorsi.

Merancang untuk baja berkekuatan tinggi lanjutan (AHSS) menimbulkan tantangan unik karena kekuatan tingginya dan daktilitas yang berkurang. Hal ini memerlukan celah die yang lebih besar, struktur alat yang lebih kuat, serta material alat premium seperti baja metalurgi serbuk atau karbida untuk menahan gaya ekstrem dan keausan abrasif. Selain itu, geometri pons dapat dimodifikasi untuk mengurangi tonase puncak dan kejut. Menggunakan permukaan pons yang digerus atau dimiringkan menggeser aksi pemotongan selama durasi yang sedikit lebih panjang, yang secara signifikan menurunkan gaya yang dibutuhkan serta mengurangi efek "snap-through" yang keras dan dapat merusak die maupun press.

Die Progresif vs. Die Stasiun Tunggal

• Kelebihan Die Progresif: Kecepatan produksi sangat tinggi, biaya tenaga kerja lebih rendah, repetitifitas tinggi, serta penggabungan beberapa operasi dalam satu alat.
• Kekurangan Die Progresif: Biaya peralatan awal sangat tinggi, proses desain dan pembuatan yang kompleks, serta fleksibilitas yang lebih rendah untuk bagian besar atau yang ditarik dalam.
• Kelebihan Die Stasiun Tunggal: Biaya peralatan lebih rendah, desain yang lebih sederhana, dan fleksibilitas lebih besar untuk produksi volume rendah atau bagian yang sangat besar.
• Kekurangan Dies Stasiun Tunggal: Kecepatan produksi jauh lebih lambat, biaya tenaga kerja per unit lebih tinggi, dan potensi ketidakkonsistenan akibat penanganan dan penempatan berulang.

Pertanyaan yang Sering Diajukan

1. Apa aturan desain die?

Meskipun tidak ada satu aturan tunggal, desain die mengikuti serangkaian prinsip yang telah ditetapkan. Ini termasuk menghitung gaya pemotongan berdasarkan sifat material, menentukan celah punch-ke-die yang tepat (biasanya 5-12% dari ketebalan material per sisi), memastikan kekakuan struktural set die, dan merencanakan urutan operasi yang logis dalam tata letak strip. Tujuan utamanya adalah menciptakan alat yang aman, andal, dan menghasilkan bagian yang secara konsisten memenuhi spesifikasi kualitas.

2. Apa itu cetakan die casting trim tool?

Alat trim dalam pengecoran die memiliki fungsi yang mirip dengan alat trim dalam stamping lembaran logam, tetapi digunakan pada jenis komponen yang berbeda. Setelah komponen dibuat melalui pengecoran die (menyuntikkan logam cair ke dalam cetakan), komponen tersebut masih memiliki material tambahan seperti runner, overflows, dan flash. Die trim adalah alat yang digunakan dalam operasi press sekunder untuk memotong material yang tidak diinginkan ini, sehingga menghasilkan komponen cor yang bersih dan siap pakai.

3. Apa aturan baja untuk pemotongan die?

Pemotongan die dengan aturan baja adalah proses yang berbeda, biasanya digunakan untuk material yang lebih lunak seperti kertas, kardus, busa, atau plastik tipis. Proses ini melibatkan penekanan bilah baja yang tajam dan tipis ("aturan baja"), yang telah dibengkokkan sesuai bentuk yang diinginkan dan ditanamkan pada alas datar (seringkali kayu lapis), ke dalam material tersebut. Ini merupakan metode hemat biaya untuk memotong bentuk pada aplikasi non-logam atau lembaran logam sangat tipis.

4. Apa saja jenis-jenis pemotongan die?

Pemotongan die mencakup beberapa metode yang disesuaikan untuk berbagai bahan dan volume produksi. Pada logam lembaran, ini terutama mengacu pada operasi stamping seperti piercing, blanking, dan trimming menggunakan peralatan keras (set punch dan die). Bentuk lainnya termasuk pemotongan die flatbed (untuk bahan yang lebih tebal), pemotongan die rotary (untuk produksi berkecepatan tinggi label atau gasket), serta metode pemotongan digital seperti pemotongan laser atau waterjet, yang tidak menggunakan die fisik.