Kerja Pelat

KERJA PELAT
(SHEET METALWORKING)
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.

Cutting Operations/ Pemotongan
Bending Operations/penekukan
Drawing/ Penarikan
Pembentukan pelat yang lain
Dies and Presses untuk Pemrosesan Pelat
Operasi pelat tidak pada mesin pres.
Penarikan tabung

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

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 ujung
pemotong: (1) sesaat sebelum pons menyentuh benda kerja; (2) pons
mulai menekan benda kerja, menyebabkan deformasi plastis. (3)
pons menekan terhadap benda kerja menyebabkan permukaan
terpotong 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 memisahkan
benda kerja (disebut sbg blank) dari lembaran
sekelilingnya
Punching – mirip dg blanking kecuali yang terpotong
adalah 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

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

 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


Punch and Die Sizes

Figure 20.6 Die size
determines blank
size Db; punch size
determines hole
size Dh.; c =
clearance


Celah Anguler
Tujuan: memudahkan slug atau blank jatuh
melalui die
 Sudut umumnya: 0.25 - 1.5 pada masingmasing sisi

Figure 20.7
Angular
clearance.


Perkakas pemotong
Bench Shear (Gunting tuas dan bagiannya)

Pandangan dekat rahang
pemotong

Perkakas pemotong
Gunting mesin yang mampu
memotong pelat tebal sd 6mm

Mesin Pemotong Guillotine

Gaya Pemotongan
Penting untuk menentukan ukuran mesin press
(tonase)
F=StL
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
Yield
Strength
kpsi

Tensile
Strength
kpsi

Yield
Strength
MPa

Tensile
Strength
MPa

G10100 Hot Rolled

26

47

179

G10100 Cold Drawn

44

53

G10150 Hot Rolled

27

G10150 Cold Drawn

UNS
Number

Processing
Method

Elongation Reduction in Brinell
in 2 in.
Area
Hardness
%

%

H_b

324

28

50

95

303

365

20

40

105

50

186

345

28

50

101

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
Drawn 800
G10350 F

67

80

462

551

12

35

163

81

110

558

758

18

51

220

Contoh Properties untuk Aluminum alloy (lakuran)
Properties of Aluminum Alloys
Shear
Yield
Tensile Modulus of Fatigue
Brinell
Strength Strength Rupture Strength Elongation Hardness
(kpsi)
(kpsi)
(kpsi)
(kpsi)
in 2 in., %
(H_b)

UNS Alloy
Number

Temper

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 gaya
potong yang diperlukan jika
a)
b)

bilah pisau atas miring 3o
bilah pisau keduanya sejajar

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

•

Tentukan ukuran pons dan die
Berapakah gaya yang yang diperlukan untuk memotong satu
ring tersebut jika menggunakan

Compound dies
• Beberapa operasi pada pelat yang sama dibuat dengan satu
langkah 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 dengan
operasi komplit

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”
Figure 20.11 (a) Penekukan lembaran logam

Sheet Metal Bending
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.


Tipe Penekukan Lembaran Logam
 V-bending – dilakukan dengan die berbentuk V
 Edge bending – dibuat dengan sebuah wiping
die
Panah menujukkan arah pemberian gaya


V-Bending
 Untuk produksi rendah
 Dibuat pada mesin press brake
 Die V sederhana dan tidak mahal

Figure 20.12
(a) V-bending;


Edge Bending
 Untuk laju produksi tinggi
 Diperlukan bantalan penahan (Pressure pad)
 Dies lebih kompleks dan mahal

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
Ab = 2π

α
360

( R + K bat )

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


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” akan
naik
 Radius tekuk akan naik

Springback

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 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

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.

41

Gaya Penekukan (Bending Force)
Gaya tekuk maksimum dapat diperkirakan sebagai:
F

K bf TSwt

2

D

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=0.7
D= dimensi bukaan die

Khusus Penekuakan die-V
Max bending force, P = (UTS)Lt2
w
L=panjang penekukan


Dimensi Bukaan Die

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


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)

45

Variasi Flanging
Pada flanging ulur (stretch)
proyeksi garis tekuk adalah cekung
dan pelat ditarik melingkar, yakni
A>B. Flens mengalami pengurusan
pada stretch flanging.
Pada flanging kerut garis proyeksi
tekukan adalah cembung (convex)
dan bahan ditekan, yakni A<B.
Pelat mengalami penggemukan
pada shrink flanging.

Figures courtesy of Engineering Research
Center for Net Shape Manufacturing

46

Variasi Bending
Operasi bending yang lain, termasuk:
Hemming melibatkan penekukan ujung lembaran ke pelat semula
pada tahap penekukan lebih dari sekali. Proses ini sering digunakn
untuk menghilangkan ujung tajam, meningkatkan kekakuan, dan
memercantik penampilan; seperti ujung daun pintu mobil.
•Seaming operasi bending dengan dua lembar logam disatukan.
•Curling (pengeritingan atau beading) membentuk ujung benda kerja
menjadi sebuah roll. Pengeritinganjuga digunakan untuk keamana,
kekuatan dan estetika.

(a) Hemming
(b) Seaming
(c) Curling

47

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)


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.

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)
Paling mudah didefinisaikan untuk bentuk
silindris :
DR

Db
Dp

dengan Db = diameter blank;
and Dp = diameter pons
 Mengindikasikan batas aman operasi
penekukan:
Batas atas: DR 2.0


Reduksi, r
 Untuk bentuk silindris didefinisikan sebagai:
r



Db

Dp

Db

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


Ironing
 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.

Embossing
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.

Guerin Process

Figure 20.28 Guerin process: (1) before and (2) after. Symbols v
and F indicate motion and applied force respectively.

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


Punch and Die Components

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

Progressive Die

Figure 20.31 (a)
Progressive die;
(b) associated
strip development


Stamping Press

Figure 20.32 Components of a typical mechanical drive 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.


Stretch Forming
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.

Force Required in Stretch Forming
F

LtYf

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


Roll Bending
Large metal sheets and plates are formed into
curved sections using rolls

Figure 20.40 Roll bending.


Roll Forming
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.

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


Conventional Spinning

Figure 20.42 Conventional spinning: (1) setup at start of process;
(2) during spinning; and (3) completion of process.

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


Explosive Forming

Figure 20.45 Explosive forming: (1) setup, (2) explosive is
detonated, and (3) shock wave forms part and plume
escapes water surface.


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


Electromagnetic Forming

Figure 20.47 Electromagnetic forming: (1) setup in which coil is
inserted into tubular workpart surrounded by die; (2) formed part.


Kerja Pelat

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to Kerja Pelat

Similar to Kerja Pelat (20)

More from Mahros Darsin

More from Mahros Darsin (20)

Kerja Pelat