Clearance punch ke die untuk busbar tembaga dan aluminium

Clearance adalah celah antara tepi potong punch dan tepi potong die. Ia hanya satu angka, mudah ditetapkan keliru, dan pada busbar ia lebih sering salah daripada parameter tooling mana pun. Sebagian besar panduan yang diterbitkan ditulis untuk stamping pelat pada 1-3 mm; busbar adalah 6-20 mm tembaga yang lunak, ulet dan mengalami pengerasan regang. Persentasenya berpindah. Akibatnya tidak.

Ada dua konvensi dan keduanya berbeda dua kali lipat. Clearance total adalah selisih antara bukaan die dan dimensi punch. Clearance per sisi adalah setengahnya, yaitu celah radial pada satu titik mana pun di sekeliling kelilingnya. Tabel pemasok yang menyebut "tembaga, 20%" dan bengkel yang berjalan pada 10% bisa jadi sedang menggambarkan tooling yang sama persis. Pastikan konvensi mana yang dipakai sebuah angka sebelum Anda membandingkannya dengan apa pun. Artikel ini memakai per sisi sepanjang isinya, dan mengonversi sumber yang dikutip bila perlu.

Apa yang diberitahukan tepi potongnya

Lubang hasil punching pada busbar memiliki empat zona, terlihat pada dinding lubangnya dan tercermin pada slug-nya. Membacanya adalah diagnosa tercepat yang Anda punya, dan tidak berbiaya.

Rollover berada di sisi masuk punch, tempat material meluluh dan tertarik ke dalam lubang sebelum terpotong, meninggalkan bibir membulat. Kedalaman rollover membesar seiring clearance, ketumpulan tool dan kelunakan material, jadi ia bukan cacat dengan sendirinya. Pada tembaga anil ia selalu terlihat.

Burnish adalah pita mengilap di bawah rollover, tempat dinding lubang tergosok oleh sisi punch. Ia halus dan lurus, dan secara dimensi pita inilah lubangnya. Panduan tooling Dayton Lamina menggambarkan clearance optimum sebagai clearance yang menghasilkan slug dengan bidang burnish kira-kira sepertiga tebal material dan bidang patah rata yang segaris dengannya, dan itu berlaku juga sebagai aturan penerimaan untuk busbar.

Fracture adalah sisanya yang kusam dan kasar. Ia berjalan miring karena retaknya merambat dari tepi punch ke tepi die, dan clearance-lah yang menentukan sudut itu. Permukaan patah yang lurus, seragam dan menyambung dengan pita burnish berarti kedua retaknya bertemu. Itulah seluruh tujuannya.

Burr berada di sisi keluar punch: ligamen material terakhir yang memanjang dan sobek alih-alih tergeser. Tinggi burr naik seiring clearance, seiring keausan tepi dan seiring kelunakan.

Dua tanda kegagalan lebih penting daripada yang lain. Pita geser sekunder, yaitu cincin burnish kedua di tengah dinding lubang dengan undakan di antara keduanya, menandakan retak dari punch dan retak dari die tidak bertemu pada bidang yang sama dan material di antaranya harus tergeser dua kali. Itu clearance yang terlalu kecil. Rollover besar dengan burr tipis compang-camping dan pita burnish yang sangat pendek adalah clearance yang terlalu besar.

Simpan satu slug dari tiap set tooling baru, diberi label material, tebal dan clearance-nya. Membandingkan slug yang mencurigakan dengan slug yang sudah diketahui baik memakan lima belas detik dan menyelesaikan sebagian besar perdebatan tentang apakah toolnya perlu digerinda ulang atau clearance-nya yang salah.

Clearance sebagai persentase tebal, per sisi

Rumus kerjanya adalah:

c = k × t          (clearance per sisi, mm)
bukaan die = ukuran punch + 2c

dengan t adalah tebal material dan k adalah rasio clearance. Untuk busbar tembaga, k berada di pita 5-12% per sisi. Di bawah 5% Anda masuk ke geser sekunder dan kerusakan akibat panas. Di atas sekitar 12% pada batang tebal, rollover dan pengendalian slug mulai mendominasi. Sekitar 10% per sisi adalah angka kerja yang umum, dan di situlah sebagian besar pemasok tooling mendarat untuk batang setengah keras.

Pitanya, dihitung untuk tebal-tebal yang muncul dalam pekerjaan switchgear:

Jadi tembaga 6 mm menghendaki kira-kira 0.3-0.7 mm per sisi, dan tembaga 10 mm kira-kira 0.8-1.2 mm per sisi bila bekerja di separuh atas pitanya. Bukaan die itu terlihat mengkhawatirkan besarnya di sebelah punch bila naluri Anda berasal dari pekerjaan pelat tipis. Angkanya benar. Die untuk punch 13 mm pada tembaga 10 mm dengan 10% per sisi adalah 15 mm, dan lubang yang dihasilkannya akan terukur mendekati 13 mm, karena yang menentukan diameter lubangnya adalah pita burnish, bukan die-nya.

Tabel yang diterbitkan berbeda-beda, dan ada sebabnya. Panduan tooling Conic memberi tembaga rasio clearance 0.20-0.25 sebagai angka total pada press servo dan hidraulik, yaitu 10-12.5% per sisi, dengan catatan untuk mengalikannya dengan 1.4 di atas tebal 3.2 mm. Dibaca harfiah, itu mendorong tembaga tebal ke 14-17% per sisi. UniPunch mencantumkan tembaga pada 20% tebal untuk setengah keras dan 25% untuk temper keras, lagi-lagi sebagai angka total. Kerja clearance terekayasa milik Dayton, yang berangkat dari stamping pelat tipis, bahkan lebih tinggi lagi. Sebarannya nyata, bukan kecerobohan: optimumnya bergantung pada apakah yang Anda beli adalah umur tool, burr minimum atau keterulangan dimensi, dan ketiganya tidak mencapai puncak pada clearance yang sama.

Clearance yang terlalu kecil

Retak dari punch dan retak dari die masing-masing bermula di tepi potongnya sendiri dan merambat saling mendekat. Dengan clearance yang benar keduanya berada pada satu bidang lalu bertemu. Dengan clearance yang kurang keduanya berjalan saling melewati, dan ligamen di antaranya harus disobek dalam peristiwa kedua. Itu memberi pita geser sekunder, dinding lubang yang kasar dan tidak konsisten, serta lubang yang lebih kecil daripada punch-nya.

Akibat pada toolnya lebih buruk daripada akibat pada partnya. Tembaga memulih kembali ke sisi punch setelah snap-through, sehingga pada clearance yang rapat lubangnya menutup pada punch dan setiap langkah berakhir dengan sambungan sesak yang harus dipaksa keluar saat kembali. Gaya stripping naik, sisinya terkikis, dan panas gesekan menumpuk di ujungnya. Contoh lapangan Dayton memperlihatkan perubahan warna di belakang ujung punch akibat persis mekanisme ini, dengan perlakuan panas punch-nya rusak dan umurnya berakhir jauh sebelum tepinya sendiri aus. Pada kasus parah, ujungnya lelah lalu terlepas.

Penarikan keluar, bukan langkah pemotongannya, adalah tempat sebagian besar keausan terjadi. Dayton menaksirnya sampai dua pertiga dari total keausan punch, dan itu sepenuhnya merupakan fungsi dari seberapa erat lubang mencengkeram sisi punch. Itulah argumen terkuat untuk tidak menjalankan clearance di dasar pitanya pada tembaga. Tembaga itu lunak, jadi press-nya tidak pernah mengeluh. Anggaran toolingnya yang mengeluh.

Tonase puncaknya juga naik pada clearance yang rapat, karena lebih banyak bagian tebalnya tergeser alih-alih patah. Pada mesin dengan sedikit cadangan kapasitas, itu jalur yang masuk akal menuju ram macet pada batang paling tebal dalam pekerjaan itu.

Clearance yang terlalu besar

Materialnya membengkok ke dalam die sebelum terpotong. Rollover membesar, pita burnish memendek, zona patah mengambil alih sebagian besar dinding dan tinggi burr naik. Lubangnya kebesaran dan tepinya tidak lagi siku, dan itu penting ketika lubang tersebut menjadi bidang sambungan berbaut.

Kegagalan operasionalnya adalah slug pulling. Ketika clearance membesar, slug duduk lebih longgar di dalam die dan ikut naik bersama punch saat penarikan alih-alih jatuh. Ia mendarat di atas batang lalu terdorong masuk ke lubang berikutnya, atau menyangkut di stripper. Pada tembaga, mekanismenya adalah adhesi lapisan oli dan vakum yang terbentuk antara slug yang melengkung dan permukaan punch. Adhesi magnetik, biang ketiga yang biasa pada pekerjaan baja, tidak berlaku di sini.

Penangkalnya bersifat mekanis: pin ejector berpegas di permukaan punch dengan lubang ventilasi samping, sudut geser yang melengkungkan slug sehingga springback-nya sendiri melepaskannya, atau die dengan bidang potong pendek yang diikuti relief lebih sempit yang mencengkeram slug agar tidak bisa memanjat naik. Membatasi masuknya punch ke dalam die sampai sekitar 0.5-0.8 mm pada dasar langkah juga membantu, karena masuk terlalu dalam menciptakan lebih banyak vakum saat keluar. Daftar lengkapnya dan nilai masing-masing ada di umur tool dan biaya per lubang.

Lubang kecil pada batang tebal

Busbar punya persoalan geometri yang tidak dimiliki stamping pelat tipis. Lubang kelonggaran M12 berdiameter 13 atau 13.5 mm. Pada batang 10 mm, rasio diameter lubang terhadap tebalnya sekitar 1.3; pada batang 12 mm sekitar 1.1. Itu lubang yang pendek gemuk dan dalam, dan ia tidak berperilaku seperti lubang 25 mm pada pelat 3 mm.

Di bawah rasio diameter terhadap tebal sekitar 1.5, slug menjadi sulit dibengkokkan dan dilepaskan. Pembebanan punch naik, pita burnish memanjang, burr membesar dan lubangnya keluar terlalu kecil. Panduan Dayton adalah menambahkan 1% per sisi pada clearance nominal begitu lubangnya turun ke 1.5 kali tebal, naik menjadi kira-kira 4% per sisi tambahan ketika diameter lubangnya sama dengan tebalnya. Diterapkan pada lubang 13 mm di tembaga 12 mm, koreksi itu bukan pilihan, dan itu menjelaskan mengapa set tooling yang bekerja sangat baik pada 6 mm berperilaku menyimpang pada 12 mm dengan persentase nominal yang sama.

Data umur tool dari PASS Stanztechnik sepakat dari arah lain: faktor penurunan rating mereka adalah 0.6-0.8 untuk fitur potong yang lebih kecil daripada 1.5 kali tebal pelat dan 0.3-0.5 untuk yang lebih kecil daripada 1.0 kali tebal. Lubang kecil pada batang tebal menghabiskan antara separuh dan dua pertiga umur tool yang seharusnya Anda dapatkan.

Gaya punch, dan apa yang dilakukan geometri ujungnya terhadap gaya itu

Gaya yang dibutuhkan adalah luas yang tergeser dikali kuat geser materialnya, F = keliling × t × τ, atau F = π × d × t × τ untuk lubang bulat. Contoh perhitungan dan satu set kuat geser rujukan ada di artikel pendampingnya tentang menetapkan gaya press untuk punching busbar, dan aritmetikanya berjalan langsung di kalkulator gaya punching busbar.

Clearance berinteraksi dengan ini, dan begitu pula geometri ujungnya. Punch berpermukaan rata memotong seluruh kelilingnya sekaligus, sehingga seluruh gayanya datang sebagai lonjakan dan pelepasan beban saat snap-through berlangsung kasar. Menggerinda sudut geser pada permukaan punch membuat pemotongannya bertahap dan tonase puncaknya turun, tetapi pada busbar tebal turunnya lebih sedikit daripada yang disiratkan materi pemasaran. Tabel faktor geser H. Weiss memberikan, pada material setebal 1/4 in (6.35 mm), faktor 0.90 untuk kedalaman geser 1/16 in (1.6 mm), 0.85 untuk 3/32 in (2.4 mm) dan 0.65 untuk 3/16 in (4.8 mm). Geser dangkal pada tembaga tebal membeli 10%. Mendapatkan 35% menuntut kedalaman geser mendekati tiga perempat tebal batangnya, yang berarti ujung yang panjang dan rapuh.

Rata memberi gaya puncak tertinggi, lubang paling siku dan slug paling datar. Single shear, permukaan yang digerinda miring melintang punch, memberi pengurangan gaya terbesar tetapi mendorong punch ke samping, dan pada punch busbar yang pendek gemuk beban samping itu masuk ke guide dan ke stripper. Rooftop, simetris terhadap garis tengahnya, menyeimbangkan beban sampingnya dan menjadi pilihan biasa untuk semua lubang kecuali yang terkecil. Pada piercing, letakkan sudut gesernya pada punch, bukan pada die: bagian mana pun yang membawa sudut itu akan mendistorsi sisi potongnya sendiri, dan pada lubang hasil piercing slug-nya adalah sisa sedangkan batangnya adalah produk.

Aluminium bukan tembaga, dan 6101 bukan 1350

Aluminium mengubah dua hal. Kuat gesernya turun jauh, dan turunnya tidak seragam di seluruh kelas yang dipakai untuk busbar.

Kelas konduktor 1xxx yang lunak berada di dekat 60-80 N/mm² dalam geser; UniPunch mencantumkan 1100-O pada 62 N/mm² dan 1100-H14 pada 76 N/mm², dan itu orde yang tepat untuk batang 1350-H111. Batang yang dipadu dan diberi perlakuan panas adalah material yang berbeda. Kuat geser terbitan untuk 6101-T6 sekitar 22 ksi, kira-kira 150 N/mm², dan 6061-T6 tercantum pada 207 N/mm². Menetapkan press atau set tooling untuk "aluminium, 80 N/mm²" lalu diberi batang 6101-T6 hampir melipatgandakan gaya yang sebenarnya Anda butuhkan. Pastikan paduan dan tempernya sebelum perhitungan tonase.

Clearance untuk busbar aluminium berjalan sedikit di bawah tembaga pada tebal yang sama, biasanya sekitar 8-10% per sisi, karena kuat geser yang lebih rendah membuat retaknya merambat dengan mudah. Persoalan aluminium adalah adhesi. Ia melekat dan menggerus baja perkakas, menumpuk di sisi punch, lalu menggores seratus lubang berikutnya. Pelapisan membantu, dan PASS Stanztechnik menyebut faktor umur tool 2.0-4.0 untuk pelapisan yang sesuai, artinya kelas khusus aluminium, bukan TiN serba guna. Pelumasan lebih membantu lagi. Faktor penurunan rating PASS untuk berjalan tanpa pelumasan pelat adalah 0.4-0.6, sehingga mem-punch busbar aluminium secara kering adalah penghematan semu.

Temper tembaga penting dengan cara yang sama. Menurut EN 13601, batang Cu-ETP dipasok sebagai R220 anil lunak pada kuat tarik 220-260 N/mm², R240 setengah keras pada 240-300 dan R290 keras pada 290-360. Jaraknya cukup jauh sehingga set tooling yang disetel untuk satu temper tidak akan optimal pada temper lain.

Menetapkan burr pada gambar

Sebagian besar gambar busbar tidak mengatakan apa pun tentang burr, lalu inspeksi menolak part berdasarkan standar yang tidak tertulis. Sarana untuk menyatakannya dengan benar adalah ISO 13715, Technical product documentation — Edges of undefined shape — Indication and dimensioning, edisi ketiga 2017.

Standar ini memberikan simbol grafis yang diletakkan pada tepinya, dengan tanda dan nilai di dalamnya. Tandanya membawa maknanya:

• + menunjukkan kelebihan material yang diizinkan, yang oleh standar itu disebut passing. Burr didefinisikan secara eksplisit sebagai kasus khusus dari passing eksternal. Satu nilai positif tunggal berarti batas yang lain adalah nol, sehingga undercut tidak diizinkan.
• − menunjukkan pembuangan material yang diwajibkan, yaitu undercut. Satu nilai negatif tunggal berarti passing tidak diizinkan, sehingga tidak boleh ada burr sama sekali dan tepinya harus dipatahkan.
• ± menunjukkan bahwa keduanya diizinkan, dan tanda ini hanya boleh dipakai bersama sebuah nilai ukuran.

Ukurannya adalah penyimpangan maksimum yang diizinkan, ditulis setelah tandanya. Batas atas dan batas bawah bisa diberikan keduanya, disusun bertumpuk. ISO 13715 juga menyediakan cara menunjukkan arah di mana passing atau undercut diizinkan, dan itulah ketentuan yang paling penting pada busbar, karena burr pada bidang sambungan sebuah koneksi berbaut adalah persoalan yang berbeda dari burr pada permukaan bebas.

Yang tidak dilakukan ISO 13715 adalah memberi tahu Anda angka apa yang harus ditulis. Itu berasal dari fungsi tepinya:

• Bidang sambungan berbaut: burr duduk di antara dua konduktor yang bertemu dan menahan keduanya agar tidak rapat, mengurangi luas kontak dan menaikkan resistansi sambungan. Karena IEC 61439 menetapkan batas kenaikan 70 K pada terminal untuk penyambungan konduktor eksternal, resistansi sambungan adalah persoalan kepatuhan, bukan persoalan tampilan. Tetapkan sisi burr-nya, dan tetapkan dengan ketat.
• Dinding lubang yang dilewati batang baut: burr di sini mengganggu perakitan dan bisa menggores bautnya. Pengendalian sedang sudah cukup.
• Tepi yang dekat dengan sekat isolasi atau celah udara: ini persoalan clearance dan creepage menurut IEC 60664-1, karena burr tajam yang menonjol menaikkan kuat medan secara setempat. Di sinilah pula biasanya ada yang mengklaim bahwa sebuah standar mewajibkan chamfering. Tidak ada satu pun yang mewajibkannya. Perlakuan tepi adalah cara untuk memenuhi ketentuan dielektriknya, bukan persyaratan yang berdiri sendiri.

Untuk pola lubang menurut DIN 43673-1, yang menetapkan letak dan ukuran lubang beserta data dasar untuk sambungan sekrup pada busbar berpenampang persegi panjang, spesifikasi burr-nya termasuk pada gambar yang sama dengan polanya.

Bila batasnya cukup ketat sehingga punching saja tidak akan sanggup menahannya, jawabannya adalah operasi lanjutan, bukan clearance yang terus dipersempit. Deburring dengan sikat atau sabuk pada mesin seperti BND800-2, yang menangani batang setebal 0.5 sampai 50 mm dan selebar 100 sampai 800 mm, menghapus perdebatan itu. Mengejar burr 0.05 mm dengan mempersempit clearance mengorbankan umur punch dan kualitas lubang sekaligus.

Menetapkan dan memeriksanya di mesin

Clearance adalah milik set toolnya, bukan milik press-nya, sehingga pada mesin punching dan shearing ia sudah tertetapkan saat punch dan die dipesan, dan diverifikasi saat keduanya dipasang. Ukur punch dan die secara terpisah lalu hitung clearance-nya, jangan percaya pada labelnya; punch yang digerinda pada sisinya, bukan pada permukaannya, tidak lagi berukuran seperti yang tertera padanya. Lalu periksa kesepusatannya, karena angka per sisi harus berlaku di sekeliling penuh. Punch yang meleset 0.1 mm dari pusat pada clearance nominal 0.8 mm memberi 0.7 mm di satu sisi dan 0.9 mm di sisi lain, dan burr-nya akan terlihat jelas tidak simetris. Pada pusat pemrosesan dengan turret multi-stasiun yang menjaga pemosisian ±0.05 mm, keselarasan stasiun dan kebersihan turret adalah bagian dari rantai clearance-nya.

Apa yang dilakukan aliran plastis setempat ini terhadap kelurusan batang dibahas di kerataan, kelurusan dan puntiran setelah pemrosesan, dan ringkasan proses punching mencakup posisi lubangnya dalam sisa rute pengerjaan.