makalah bending

PRESS DAN BENDING

   JENIS JENIS MESIN PRES/BENDING

Mesin pres adalah mesin yang dipakai untuk memproduksi barang-barang sheet metal menggunakan satu atau beberapa press dies dengan meletakkan sheet metal diantara upper dies dan lower dies. Mesin press dan system mekanismenya akan menggerakkan slide (ram) yang diteruskan ke press dies dan mendorong sheet metal sehingga dapat memotong (cutting) serta membentuk (forming) sheet metal  tersebut sesuai dengan fungsi press dies yang digunakan. Ketelitian dari produk yang dihasilkan akan sangat tergantung pada kualitas dari press dies dan sheet metal, tetapi kecepatan produksi tergantung pada kecepatan turun naik dari slide (ram) dari mesin press atau sering disebut SPM stroke per minute.

Jenis jenis mesin press yang digunakan pada industry dapat diklasifikasikan berdasarkan jenis tenaga penggerak dari slide, yaitu mesin press mekanik (mechanical press) dan mesin press hidrolik (hydraulic press). Mesin press dapat diklasifikasikan juga berdasarkan mekanisme yang digunakan untuk mengoprasikan cetakan, yaitu crank press, knuckle press, friction press, screw press, dan link press. Sedangkan berdasarkan jumlah gerakan slide mesin (number of action), mesin press dapat diklasifikasikan sebagai single action, double action, dan triple action. Kemudian jenis-jenis mesin press dapat juga diklasifikasikan berdasarkan arah dari gerakan dari cetakan (die operation direction), yaitu vertical, horizontal, dan oblique.

   KINERJA MESIN PRESS

Kinerja mesin pres diukur dari berbagai factor, yang pilihanya tergantung pada kebutuhan industry yang akan menggunakanya dengan penekanan pada tujuan yang berbeda. Untuk membuat produk dengan ukuran dan proses tertentu diperlukan pilihan kapasitas mesin dan ukuran dari slide dan bolster mesin untuk mengikat cetakan (press dies) ukuran tertentu, SPM atau stroke per minute. Kemudahan, dalam pengoprasian mesin, ketelitian pembentukan, kecepatan untuk mengganti cetakan, bagi operator, suara dan getaran mesin, luasnya area yang dibutuhkan , kemudahan untuk perawatan, dan tentu saja harganya harus kompetitif. Untuk membuat produk dengan proses drawing diperlukan mesin press hidrolik, namun saat ini sudah tersedia mesin press mekanik yang dapat dipakai untuk proses drawing. Untuk produksi tinggi sudah tersedia mesin press dengan SPM lebih dari 1500 dengan control CNC.

   MESIN PRESS MEKANIK DAN HIDROLIK

Perbedaan utama antara mesin press mekanik dan hidrolik terletak pada mekanisme penggerak turun-naik dari slide (ram) mesin press tersebut. Gerakan turun-naik dari slide (ram) mesin press mekanik dengan mekanisme crank shaft, eccentric shaft, cam, dan knuckle. Sedangkan gerakan turun-naik slide (ram) mesin press hidrolik digerakkan langsung oleh gerakan piston silinder dari system hidrolik.

   MEKANISME PENGGERAKAN SLIDE

Terdapat berbagai jenis mekanisme penggerak slide mesin press mekanik. Untuk setiap jenis mekanisme penggerak slide mesin, tentusaja akan sangat mempengaruhi kemampuan pembentukan dan pemotongan, gerakan dari slide, serta karakteristik penggunaan dari mesin press.

a.    Crank press

Crank press adalah mesin press yang mekanisme penggerak dari slide-nya menggunakan crankshaft atau eccentric shaft. Mekanisme penggerak dengan sangat umum dipakai karena proses manufakturnya relative mudah dan titik bawah dapat ditentukan secara tepat.

b.    Knuckle press

Knuckle press adalah mesin press yang mekanisme penggerak dari slide menggunakan mekanisme knuckle. Dibandingkan dengan crank press, kecepatan dari gerakan slide-nya lebih rendah, namun titik mati bawah (TMB) dapat ditentukan dengan tepat seperti crank press.

c.    Friction press

Friction press adalah mesin press yang mekanisme penggerak dari slide menggunakan screw. Agar dapat menahan beban yang besar, maka digunakan ulir trapezium. Mesin ini dioperasikan dengan cara memutar piringan yang terhubung dengan mekanisme penggerak.

d.   Screw press

Screw press adalah mesin press yang mekanisme penggeraknya adalah roda gigi cacing yang menggerakan cacing sebagai bagian dari slide mesin. Mesin tipe ini kurang efektif untuk produksi masal.

e.    Rack press

Rack press adalah mesin yang mekanisme penggeraknya adalah rodagigi (pinion) yang menggerakkan bagian dari slide yang menyatu dengan rack. Mesin jenis ini kurang efektif untuk kebutuhan produksi masal.

f.     Link press

Link press adalah mesin press yang mekanisme penggeraknya menggunakan berbagai link (penghubung) untuk mengurangi cycle time pada proses drawing sehingga dapat mempertahankan kecepatan produksi

g.    Cam press

adalah mesin press yang mekanisme penggeraknya menggunakan cam. Mesin tipe ini bisa menggunakan satu cam saja atau banyak cam yang setiap cam bekerja secara individual. Panjang stroke dari cam dan press terbatas dan kapasitas mesinnya kecil.

        CONTOH GAMBAR MESIN BENDING HIDROLIK

        PENGERTIAN UMUM PROSES BENDING

Proses bending adalah suatu proses yang termudah dari sekian banyak proses pembentukan pada sheet metal, dan dapat juga dilakukan dengan peralatan yang cukup sederhana. Proses bending merupakan salah satu proses di dalam group proses forming.

        TEORI BENDING

Pada proses bending gaya-gaya yang terjadi saling berlawanan arah, hampir sama dengan proses cutting. Tetapi  pada proses bending gaya gaya yang terjadi terpisah jauh, apalagi pada V-bending. Pada proses cutting, jarak antara 2 gaya adalah sebesar clearance, yaitu antara 4% sampai dengan 5% dari tebal sheet metal. Sedangkan pada proses bending (U bending), jarak antara dua gaya adalah sebesar tebal material+radius dari punch dan die. Pada proses bending, strees hanya terjadi pada bagian radius yang dibentuk, sedangkan pada radius bagian dalam terjadi sebaliknya yaitu compression-strees. Karena hal tersebut, bila terjadi kerusakan proses, maka pada radius bagian luar akan terjadi crack dan kerutan pada bagian dalam.

Pada proses tekuk ini, mesin yang digunakan untuk melipat atau menekuk  plat adalah mesin bending manual dan bending Hydraulic Pipe Bender. Bending manual digunakan untuk melipat atau menekuk pelat kerja yang telah diselesaikan untuk pekerjaan awal. Mampu menekuk pelat dengan tebal maksimum 3 mm dan panjang maksimal 1,5 meter, sedangkan hydraulic pipe bender digunakan untuk menekuk benda kerja yang berbentuk silinder.

Secara mekanika proses penekukan ini terdiri dari dua komponen gaya yakni: tarik dan tekan (lihat gambar). Pada gambar memperlihatkan pelat yang mengalami proses pembengkokan ini terjadi peregangan, netral, dan pengkerutan. Daerah peregangan terlihat pada sisi uar pembengkokan, dimana daerah ini terjadi deformasi plastis atau perobahan bentuk. Peregangan ini menyebabkan pelat mengalami pertambahan panjang. Daerah netral merupakan daerah yang tidak mengalami perobahan. Artinya pada daerah netral ini pelat tidak mengalami pertambahan panjang atau perpendekkan.

Daerah sisi bagian dalam pembengkokan merupakan daerah yang mengalami penekanan, dimana daerah ini mengalami pengkerutan dan penambahan ketebalan, hal ini disebabkan karena daerah ini mengalami perubahan panjang yakni perpendekan.atau menjadi pendek akibat gaya tekan yang dialami oleh pelat. Proses ini dilakukan dengan menjepit pelat diantara landasan dan sepatu penjepit selanjutnya bilah penekuk diputar ke arah atas menekan bagian pelat yang akan mengalami penekukan

Gambar 2.3 Langkah proses tekuk

Gambar 2.4 Penekuk awal

Pada Gambar posisi tuas penekuk diangkat ke atas sampai membentuk sudut melebihi sudut pembentukan yang dinginkan. Besarnya kelebihan sudut pembengkokan ini dapat dihitung berdasarkan tebal pelat, kekerasan bahan pelat dan panjang bidang membengkokkan / penekukan.

Gambar 2.5 Penekuk plat

Langkah proses penekukan pelat dapat dilakukan dengan mempertimbangkan sisi bagian pelat yang akan dibentuk. Langkah penekukan ini harus diperhatikan sebelumnya, sebab apabila proses penekukan ini tidak menurut prosedurnya maka akan terjadi salah langkah. Salah langkah ini sangat ditentukan oleh sisi dari pelat yang dibengkokan dan kemampuan mesin bending/tekuk tersebut. Komponen pelat yang akan dibengkokan sangat bervariasi. Tujuan proses pembengkokan pada bagian tepi maupun body pelat ini diantaranya adalah untuk memberikan kekakuan pada bentangan pelat.

Gambar 3.5 Sudut tekuk

Gambar  memperlihatkan sudut tekuk yang terbentuk pada proses pelipatan pelat, dimana pada bagian sisi atas pelat mengalami peregangan dan bagian bawah mengalami pengkerutan. Langkah-langkah proses tekuk untuk sambungan lipat.

Gambar 3.6 Langkah proses tekuk

Gambar 3.7 Proses penekukan pipa

        SUMBU NETRAL

Karena radius sheet metal bagian luar terjadi gaya tarik dan pada bagian dalam terjadi gaya tekan, maka akan daerah pertemuan yang tidak ada gaya tarik ataupun gaya tekan. Titik-titik tersebut bila disambung akan menjadi garis yang disebut sumbu netral (neutral axis). Walaupun namanya sumbu netral tetapi ternyata tidak selalu berada tepat di tengah-tengah antara kedua sisi. Karena panjang dari sumbu netral masih tetap sama dengan panjang material aslinya, maka dipakai untuk perhitungan panjangnya material bukaan (development material).

Beberapa hal yang mempengaruhi sumbu nertal tersebut antara lain sebagai berikut:

a.    Bila tebal material sama dan bending radius. Maka sumbu netral akan bergerak kedalam.

b.    Bila bending radius sama dan tebal material bertambah, maka sumbu nettral akan bergerak kedalam.

c.    Bila bending radius dan tebal material sama dan sudut bengkok (dgree of bend) bertambah, maka sumbu netral akan bergerak ke dalam.

Hal hal tersebut diatas sering kali akan menyebabkan melesetnya perhitungan blank development, sehingga masih perlu adanya perubahan-perubahan setelah trial.

        GERAKAN MATERIAL (MATERIAL MEVEMENT)

Selama proses bending, pad (stipper) akan memegang sebagian besar luasan dari blank yang tidak bergerak (stasionary) dan bagian lain yang bebas akan dibentuk oleh punch ke atas atau kebawah sehingga terjadi perubahan bentuk. Pada saat bersamaan, juga terjadi pergerakan material kearah bentuk yang baru atau swinging. Pergerakan material ini tidak terjadi pada proses yang lain seperti embossing, stretch forming dan drawing. Karena itu, perancangan dies harus memperhatikan arah dari pergerakan material ini, agar bebas dari penghalang.

   SPRINGBACK

Perbedaan gaya-gaya pada proses bending mengakibatkan terjadinya springback, dimana pada radius bagian luar terjadi gaya tarik menuju sumbu netral dan gaya tekan pada radius bagian dalam. Untuk design produk yang baik, gaya tarik “X” tidak boleh melebihi ultimate tensile strength dari material. Bila hal ini dilanggar, maka akan terjadi kegagalan pada material (crack).

            Metal yang paling dekat dengan sumbu netral mempunyai gaya-gaya yang mendekati nilai dibawak titik elastis pada kedua sisinya. Metal yang lebih jauh dari sumbu netral mempunyai gaya-gaya yang sudah melewati titikyiled strength, tetapi sudah terbentuk secara permanen. Pada saat produk terbebas dari tekanan pad dan punch, pita elastic berusaha mengembalikan metal ke bentuk awalnya, tetapi tidak bisa karena terhambat oleh metal yang sudah berubah permanen. Namun demikian, tetap terjadi sedikit pengembalian ke bentuk awal sampai pada keseimbangan baru. Pergerakan kembali ke bentuk awalnya ini disebut springback.

	Changing stress pettern in a bend

 

            Bila kita akan merancang bending die, maka perlu memperhitungkan factor springback yang akan terjadi setelah gaya-gaya yang ada pada material (produk) dibebaskan. Springback tergantung pada jenis material.

   Beberapa variable dan pengaruhnya terhadap springback

a.    sheet metal yang lebih keras mempunyai derajat springback yang lebih besar, karena titik elastic limit lebih tinggi sehingga elastic bend lebih lebar.

b.    Bending radius yang lebih kecil akan mengurangi springback dengan membentuk plastic zone yang lebih luas, tetapi dapat menyebabkan keretakan (crack) karena gaya tarik pada radius bagian luar menjadi lebih tinggi.

c.    Bila sudut bending lebih besar, plastic zone membesar dan springback menjadi kecil untuk setiap derajat bending tetapi, total springback menjadi lebih besar.

d.   Sheet metal yang lebih tebal mempunyai derajat springback yang lebih kecil, karena terjadi lebih banyak plastic deformation, dengan syarat die radius tetap.

   PANJANG BUKAAN (BLANK DEVELOPMENT)

Bila metal di bengkokan, panjang sumbu netral sama dengan panjang sebelum di bengkokan. Sumbu netral tersebut terletak diantara radius luar dan radius dalam. Panjang blank dari metal part yang dibengkokan (bending) tidak sama dengan panjang sumbunya. Panjang dari bukaan (L) adalah

            L=  a+b+v (mm) untuk sudut buka (opening angles) 0⁰ s/d 165⁰.

            L= a+b (mm) untuk sudut buka (opening angles) >165⁰ s/d 180⁰.

Dimana a (mm) dan b (mm) adalah panjang kedua kaki dan v (mm) adalah factor kompensasi yang bisa positif (+) atau negative (-).

Perlu diperhatikan bahwa α sudut bending dan β sudut buka dari metal part. Nilai v menurut DIN6935 adalah sebagai berikut:

Untuk sudut β = 0⁰s/d 90⁰.

       V= π x  (r+s/2 x k) – (r + s) (mm)

Untuk sudut β >90⁰s/d 165⁰

       V= π x  (r+s/2 x k) – (r + s) x tan  (mm)

   GAYA PENEKUKAN (BENDING FORCE)

Bending adalah proses pembentukan sheet metal yang lurus, umumnya dikenal 4 jenis proses bending yang dilihat dari hasil pembentukannya yaitu V-bend, L-bend, U-bend, dan Z-bend.

a.    V-bend

Merupakan jenis bending yang paling sederhana dan standar sudut punch dan die pada umumnya 90⁰, walaupun ada yang lebih kecil, misalnya 60⁰. Radius dari punch yang terlalu kecil dapat menyebabkan bagian puncak pada tekukan sheet metal tertekan sangat keras sehingga dapat menyebabkan gaya bending menjadi sangat keras. Karena itu, terdapat rasio dari radius bending (ri) dengan ketebalan sheet metal (t) yang dipengaruhi oleh jenis sheet metal dan ketebalanya serta panjang span (L).  proses V-bend tidak memerlukan penahan material (pad), sehingga cetakanya sangat sederhana.

b.    L-bend

Lbend atau wiping bend merupakan proses bending yang cukup sederhana dan sering kita lihat para pekerja bangunan membengkokan besi beton untuk membuat rangka penguat beton bertulang. Besi beton ditempatkan pada jig sederhana, kemudian secara manual langsung dibengkokan, membentuk sudut 90⁰. Itulah prinsip L-bend.

 Agar proses bending menghasilkan produk yang diinginkan, maka sheet metal harus ditahan dengan gaya sekitar 10X gaya bending pada satu sisi sementara sisi yang lain dibentuk oleh punch. Apabila gaya tekanya kurang, maka produk yang dihasilkan tidak sempurna, karena sheet metal tidak ditahan, karena sheet metal akan terangkat dan tertarik kearah gerakan dari punch.

 Untuk menghitung L-bending force dapat menggunakan rumus sebagai berikut:

L-bending force (Pbl) = 0,333

L=c + rd + rp

               Beberapa panduan bagi perancang untuk proses L-bend adalah sabagai berikut:

     Untuk mencegah terjadinya pembalikan material (recoil), maka pad force harus cukup besar sebelum proses bending berlangsung. Hal ini banyak terjadi pada sheet metal dengan W yang panjang. Apabila menggunakan spring tidak memungkinkan karena masalah ruangan yang terbatas, maka dapat memanfaatkan mekanisme air cushion pada mesin pres.

     Disamping daya pad yang mencukupi untuk memegang sheet metal, pad juga harus memegang seluruh bidang sheet metal tersebut. Recoil dapat terjadi karena permukaan die yang tidak rata.

     Pad harus diberi guide yang memadahi agar tidak macet dan miring karena distribusi gaya yang kurang merata yang disebabkan oleh recoil.

     Fungsi gaya pad yang besar juga menahan sheet metal agar tidak tertarik kearah gaya bending.

c.    U-bend

Springback akan selalu terjadi pada proses pembentukan sheet metal. Karena itu, sejak dari awal perancangan sudah harus disiasati teknik pengatasanya. Salah satu metode yang dipakai adalah bottoming. Khususnya pada U-bend, untuk mencegah pelengkungan pada bagian dasar produk, maka dibuat bead pada punch sehingga gaya bending akan terkonsentrasi pada bagian bead untuk dapat melewati yield strength dari sheet metal sehingga terbentuk permanen. Kemudian, pad harus digunakan pada proses U-bend ini.

d.   Z-bend

Z-bending merupakan kombinasi dari  antara 2 kali L-bend yang dapat dilaksanakan dengan satu kali proses, namun harus memenuhi persyaratan tertentu.