Umur tool dan biaya per lubang pada punching busbar

Tanyakan ke sebuah bengkel busbar berapa biaya satu lubang hasil punching dan Anda biasanya mendapat harga punch dibagi sebuah angka yang diingat seseorang. Angka itu hampir selalu terlalu besar porsinya terhadap total, dan ia menyembunyikan dua suku yang mendominasi. Menelusuri modelnya sampai selesai mengubah apa yang Anda optimalkan.

Modelnya

biaya per lubang = (biaya tool + n × biaya penggerindaan ulang) / total lubang sepanjang umur tool
                 + tarif mesin × waktu siklus
                 + downtime penggantian tool yang dialokasikan per lubang
                 + biaya sisa yang dialokasikan per lubang

Empat suku. Yang pertama adalah yang orang sebut "biaya tooling". Yang kedua biasanya tiga sampai lima kali lebih besar. Yang ketiga kecil tetapi merespons kuat terhadap pilihan toolnya. Yang keempat kecil secara rata-rata dan menjadi bencana di ekornya.

Sebuah contoh perhitungan

Ambil satu set punch bulat 13 mm dan die-nya yang melubangi lubang kelonggaran M12 pada tembaga setengah keras 10 mm di mesin yang berjalan 150 pukulan per menit. Setiap tarif di bawah bersifat ilustratif dan sebaiknya diganti dengan tarif Anda sendiri; intinya ada pada strukturnya dan besaran relatifnya, bukan pada angka mutlaknya.

Mulai dari toolingnya. Satu set punch dan die dari baja kecepatan tinggi M2 seharga €220. Penggerindaan ulang €30 termasuk penanganan, inspeksi dan pemasangan ulang shim-nya. Delapan kali penggerindaan ulang sebelum punch-nya kehabisan panjang gerinda. Umur antar penggerindaan ulang 30,000 pukulan, dan angka inilah yang perlu diverifikasi dengan pemasok tooling Anda untuk material, mesin dan clearance Anda.

total lubang  = 9 interval × 30 000 = 270 000
biaya tooling = (220 + 8 × 30) / 270 000 = €0.0017 per lubang

Berikutnya waktu mesin. Pada €55 per jam sudah termasuk semuanya dan 150 pukulan per menit, tiap lubang menghabiskan 0.4 detik.

biaya mesin = 55 / 3600 × 0.4 = €0.0061 per lubang

Lalu downtime. Sembilan penggantian tool masing-masing 12 menit berarti 1.8 jam produksi yang hilang.

biaya downtime = 1.8 × 55 / 270 000 = €0.00037 per lubang

Terakhir sisa. Satu potong tembaga 100 × 10 mm sepanjang 3 m berbobot 26.9 kg. Pada harga tembaga €9/kg, batang itu bernilai €242 sebagai bahan baku saja, belum menghitung pemrosesan yang sudah ditanamkan padanya. Misalkan satu batang untuk tiap empat umur tool hilang karena slug yang tertarik naik, tepi yang ambruk atau burr yang melewati batas gambar.

biaya sisa = 242 / 4 / 270 000 = €0.00022 per lubang

Totalnya sekitar €0.0084, atau 0.84 sen euro per lubang. Tooling menyumbang 20% darinya. Waktu mesin 73%.

Punch bukan tempat uangnya berada. Lebih tajam lagi: satu batang terbuang seharga €242 setara dengan seluruh konsumsi tooling untuk sekitar 142,000 lubang. Umur tool penting terutama karena umur tool yang pendek menghasilkan lubang yang buruk, dan lubang yang buruk menghasilkan sisa dan pengerjaan ulang. Ia tidak begitu penting karena punch itu mahal.

Material punch

Empat keluarga material pada dasarnya mencakup seluruh pekerjaan busbar.

Baja perkakas kerja dingin D2, biasanya 60-62 HRC. Murah, stabil secara dimensi, memadai untuk material tipis atau lunak dan produksi pendek. Pada tembaga tebal, kekuatan tepinya pas-pasan dan gompal akibat kejut snap-through menjadi kegagalan yang biasa. Pemasok yang menawarkan D2 sekaligus M2 mengarahkan D2 ke pelat tipis, kuantitas kecil dan kasus yang kemungkinan perubahan desainnya besar.

Baja kecepatan tinggi konvensional M2, 60-63 HRC. Pilihan bawaannya. Ketahanan abrasi, ketahanan benturan dan keuletannya lebih baik daripada D2, dan ia menoleransi panas gesekan yang timbul di sisi punch. Catatan material punch dari Anchor Danly menggambarkan M2 sebagai cocok untuk produksi panjang yang persyaratan utamanya adalah ketahanan abrasi. Bagi sebagian besar bengkel busbar, inilah garis dasarnya.

Baja kecepatan tinggi metalurgi serbuk: ASP 2023, PM 23, kelas Vanadis dan yang setara, banyak di antaranya berkomposisi M3

dengan nomor material 1.3395. Komposisinya mirip M2, tetapi karbidanya jauh lebih halus dan tersebar lebih merata, yang menaikkan ketahanan aus tanpa mengorbankan keuletan sebagaimana biasanya. PASS Stanztechnik menerbitkan faktor umur tool 6.0-10.0 untuk baja punch PM mereka terhadap garis dasar mereka. Itu pengali yang besar dari komponen yang harganya mungkin 1.5 sampai 2.5 kali punch konvensional.

Karbida tungsten. Ketahanan aus tertinggi dengan selisih lebar, dan jawaban yang keliru untuk sebagian besar punching busbar. Karbida bersifat getas, dan snap-through pada tembaga 10-20 mm memberi persis pembebanan kejut balik yang tidak disukainya. Ia memerlukan pemanduan yang kaku, clearance yang akurat dan pengendalian slug yang bersih sebelum ia mau bertahan. Ia membuktikan tempatnya pada volume yang sangat tinggi dengan satu ukuran lubang saja, atau pada material abrasif, dan tidak satu pun dari keduanya menggambarkan pekerjaan switchgear yang tipikal.

Masukkan pilihannya ke dalam model biaya alih-alih memperdebatkannya secara abstrak. Pada contoh di atas, beralih dari M2 ke baja PM seharga €420 per set dengan faktor umur 6× memberi:

total lubang  = 9 × 180 000 = 1 620 000
biaya tooling = (420 + 8 × 40) / 1 620 000 = €0.00046 per lubang

Biaya tooling per lubang turun kira-kira tiga perempat, dan suku downtime-nya turun dengan faktor yang sama karena penggantian toolnya tinggal seperenam untuk keluaran yang sama. Punch yang harganya hampir dua kali lipat menjadi tidak relevan.

Pelapisan

Pelapisan PVD adalah beberapa mikron keramik pada sisi dan permukaan punch. Ia menaikkan kekerasan permukaan jauh di atas substratnya, dan mengubah perilaku gesekan serta adhesi di antarmukanya. Pada tembaga, gesekan dan adhesi itulah yang sedang Anda beli.

Data terbitan dari sebuah penyedia jasa pelapisan komersial memberikan yang berikut, dan angkanya bersifat mewakili, bukan berlaku universal:

TiN adalah tolok ukur serba guna. TiCN lebih keras dan lebih baik pada pekerjaan abrasif, tetapi batas kerjanya 400 °C adalah yang terendah dalam tabel. Kemampuan 900 °C milik AlTiN adalah yang membuatnya berharga dalam pemesinan, dan itu sama sekali tidak membeli apa pun pada busbar tembaga, karena toolnya tidak pernah mendekati suhu itu.

Untuk tembaga dan aluminium, modus kegagalannya adalah adhesi dan galling, bukan pelunakan termal. Itu mengarah ke pilihan bergesekan rendah: pelapisan berbasis kromium, atau pelapisan apa pun yang membawa lapisan atas film kering molibdenum/tungsten disulfida, yang menurunkan koefisien geseknya dari sekitar 0.35 ke sekitar 0.15. Gesekan yang lebih kecil di sisi punch berarti gaya penarikan keluar yang lebih kecil, dan penarikan keluarlah tempat sebagian besar keausan terjadi. PASS menyebut faktor umur tool 2.0-4.0 untuk pelapisan yang sesuai, dengan kualifikasi bahwa pelapisannya harus dicocokkan dengan material benda kerjanya, bukan dipilih secara umum.

Dua kendala praktis. PVD mengendap pada sekitar 375 °C, di bawah suhu temper M2 yang sudah dikeraskan, sehingga ia tidak melunakkan substratnya; CVD mengendap di dekat 1050 °C dan menuntut toolnya dikeraskan ulang sesudahnya, dan itulah sebabnya CVD hidup pada insert dan tool pembentuk berat, bukan pada punch presisi. Dan pelapisan pada permukaan hilang pada penggerindaan ulang yang pertama. Pelapisan pada sisinya bertahan, dan di situlah sebagian besar manfaatnya berada, sehingga punch berlapis yang sudah digerinda ulang tetap mengalahkan yang tidak berlapis, tetapi periksalah keekonomian pelapisan ulang terhadap sisa panjang gerinda yang masih ada.

Cadangan gerinda dan berapa kali penggerindaan ulang yang Anda dapat

Umur gerinda adalah total panjang yang bisa dibuang dari ujung punch lewat pengasahan. Ia ditentukan oleh geometri, bukan oleh keausan:

umur gerinda = SBR − (tebal material + penetrasi die + tebal stripper)

dengan SBR adalah panjang lurus sebelum radiusnya, yaitu jarak dari ujung ke belakang sampai titik punch mulai melebar menjadi badannya. Gerinda melewati batas itu dan punch-nya tidak akan lagi lolos melewati stripper atau tidak akan lagi menghasilkan lubang yang benar. Penetrasi die adalah seberapa jauh punch harus masuk ke dalam die pada dasar langkahnya untuk melepaskan slug, biasanya beberapa persepuluh sampai sekitar 3 mm tergantung sistem toolingnya.

Jumlah penggerindaan ulangnya adalah umur gerinda yang tersedia dibagi material yang dibuang tiap penggerindaan ulang. Pembuangannya biasanya 0.1-0.3 mm, cukup untuk menghilangkan wear land dan sedikit logam bersih di bawahnya, sehingga punch dengan panjang gerinda terpakai 3 mm mendukung sekitar 10-30 penggerindaan ulang di atas kertas. Dalam praktik Anda mendapat lebih sedikit, karena punch yang dijalankan terlalu jauh melewati batas ausnya menuntut pembuangan 0.5 mm atau lebih, dan karena tiap penggerindaan ulang menuntut panjang punch-nya dipulihkan dengan shim atau penyetelan kepalanya sampai tumpukan toleransinya habis. Setiap angka ini bergantung pada sistem tooling dan geometri punch-nya, jadi pastikan terhadap data pemasok Anda alih-alih mengadopsi angka di sini.

Selalu gerinda basah. Penggerindaan kering atau pendingin yang tidak memadai bisa meretakkan atau menganil tepi potongnya dan menghancurkan punch yang justru sedang Anda selamatkan. Buang burr hasil penggerindaan dengan batu asah halus, bersihkan sisa pendinginnya, lumasi saat pemasangan dan tetapkan ulang panjang punch-nya.

Wear land sebagai pemicu penggerindaan ulang

Tepi potongnya tidak tetap tajam lalu tiba-tiba gagal. Ia menumbuhkan bidang rata kecil, yaitu wear land, yang terus membesar dan mengubah potongannya jauh sebelum punch-nya tidak bisa dipakai. Begitu ada bidang yang terukur, lebih banyak materialnya terdeformasi alih-alih tergeser, sehingga gayanya naik, rollover membesar, burr membesar dan lubangnya bergeser.

Mengukur bidang itu secara langsung berarti melepas punch-nya lalu menaruhnya di bawah mikroskop atau komparator. Lakukan itu secara berkala untuk mengkalibrasi penilaian Anda; itu bukan kendali produksi. Bidang di kisaran 0.2-0.4 mm adalah pemicu penggerindaan ulang yang umum, dan pastikan angkanya dengan pemasok Anda untuk tool yang bersangkutan. Di produksi, pemicu praktisnya adalah gejalanya: tinggi burr terhadap batas gambar, yang secara tegas disebut para pemasok sebagai penentu normal untuk waktu penggerindaan ulang dan merupakan indikator awal yang paling peka; pertumbuhan rollover diukur terhadap sampel first-off yang disimpan; pergeseran dimensi dan posisi lubang; melengkungnya part; dan naiknya tekanan press atau arus motor sepanjang langkah kerjanya.

Disiplin yang penting adalah menggerinda lebih awal. Punch yang tertangkap pada wear land 0.2 mm hanya perlu dibuang 0.15 mm lalu kembali bekerja. Punch yang sama yang dijalankan sampai tepinya ambruk menuntut 0.5 mm atau menjadi sisa, dan semua yang dibuatnya di antara itu patut dicurigai.

Tuas clearance

Dari semua yang ada di artikel ini, clearance punch ke die menggerakkan umur tool lebih jauh daripada variabel tunggal mana pun, dan tidak berbiaya untuk ditetapkan dengan benar.

Mekanismenya ada pada penarikan keluar, bukan pada pemotongannya. Ketika clearance-nya terlalu rapat, tembaganya memulih kembali ke sisi punch setelah snap-through dan setiap langkah berakhir dengan sambungan sesak yang harus dipaksa keluar. Data lapangan Dayton Lamina mengaitkan sampai dua pertiga total keausan punch dengan penarikan keluar, dan menggambarkan clearance rapat menghasilkan lubang yang lebih kecil daripada ujung punch-nya, dengan panas gesekan yang mengubah warna logam di belakang ujungnya dan merusak perlakuan panasnya. Clearance yang benar menghasilkan lubang yang sedikit lebih besar daripada punch-nya, mengubah sambungan sesak menjadi sambungan luncur. Perbandingan terbitan mereka antara clearance tradisional 5% per sisi dan clearance terekayasa mereka pada material yang sama melaporkan 41 jam pemeliharaan per sejuta part untuk setelan yang rapat, dengan studi kasus pada baja rol dingin 0.060 in yang memperlihatkan umur punch naik tiga kali lipat hanya dari clearance-nya saja.

Tumpuk itu terhadap pengali-pengali lainnya. Clearance yang benar menyumbang kira-kira 2-3×. Substrat PM menyumbang 6-10×. Pelapisan yang sesuai menyumbang 2-4×. Berjalan dengan pelumas alih-alih kering menghindarkan penalti 0.4-0.6. Semua ini tidak berkalian secara bersih, dan tidak ada yang boleh mengklaim perbaikan seratus kali lipat, tetapi rentang antara tool yang dispesifikasikan buruk di dalam die yang clearance-nya buruk dan berjalan kering, dengan tool yang dispesifikasikan dengan benar, mendekati satu orde besaran. Sebagian besar jarak itu ditutup oleh keputusan yang tidak berbiaya pada saat pemesanan.

Dua jebakan khas busbar. Lubang kecil pada batang tebal membawa penalti yang berat, dengan PASS menerbitkan faktor penurunan rating 0.6-0.8 untuk fitur potong yang lebih kecil daripada 1.5 kali tebal material dan 0.3-0.5 untuk yang lebih kecil daripada 1.0 kali tebal; lubang M12 pada tembaga 12 mm duduk persis di pita yang kedua. Dan batang bertemper keras lebih berat bagi tooling daripada yang setengah keras, sehingga penggantian temper oleh bagian pengadaan muncul sebagai persoalan umur tool berminggu-minggu kemudian. Itu salah satu alasan untuk menuntut pemasok memenuhi temper yang dinyatakan menurut EN 13601. Sisi clearance-nya dibahas lengkap di clearance punch ke die untuk busbar tembaga dan aluminium, dan sisi gayanya di kalkulator gaya punching busbar.

Pelumasan

Berjalan kering menghabiskan kira-kira separuh umur tool Anda. Faktor terbitan PASS untuk tanpa pelumasan pelat adalah 0.4-0.6, dan tembaga mudah melekat pada baja perkakas.

Ada konflik di sini. Adhesi lapisan oli antara slug dan permukaan punch adalah salah satu mekanisme slug pulling yang diakui, dan "jangan pakai oli pemrosesan" muncul di daftar penangkal slug pulling milik pemasok tooling sendiri. Membuang pelumasnya untuk menyembuhkan slug pulling memang berhasil, dan itu pertukaran yang keliru. Atasi penahanan slug secara mekanis, pertahankan pelumasnya, ambil umur toolnya. Lalu perhitungkan akibat di hilirnya: sisa pelumas pada bidang sambungan adalah persoalan kontaminasi sebelum plating, pelapisan timah atau perakitan, dan langkah pembersihannya termasuk ke dalam prosesnya, bukan sesuatu yang baru ditemukan saat inspeksi.

Slug pulling

Slug yang tertarik naik adalah peristiwa rutin paling mahal dalam punching. Ia ikut naik bersama punch, mendarat di atas batang lalu terdorong masuk ke permukaannya pada langkah berikutnya. Kasus terbaik, batang yang tergores dan satu pengerjaan ulang. Kasus terburuk, punch yang gompal, die yang rusak dan satu potong batang terbuang.

Mekanismenya pada tembaga adalah adhesi vakum antara slug yang melengkung dan permukaan punch, adhesi lapisan oli, dan ikatan tekanan tepi akibat burr. Adhesi magnetik, yang keempat pada daftar bakunya, tidak berlaku. Penangkalnya, kira-kira berurutan menurut seberapa sering masing-masing menyelesaikan persoalannya:

• Pin ejector berpegas dengan lubang ventilasi samping di dalam punch. Pin-nya mendorong slug lepas; ventilasinya memecah vakumnya. Inilah yang membuat clearance yang longgar bisa dipakai.
• Geometri die penahan slug, berupa bidang potong pendek yang diikuti relief yang sedikit lebih sempit yang mencengkeram slug agar tidak bisa memanjat kembali.
• Sudut geser pada permukaan punch, yang melengkungkan slug sehingga springback-nya sendiri melepaskannya.
• Membatasi masuknya punch ke dalam die pada dasar langkahnya, karena masuk terlalu dalam menciptakan lebih banyak vakum saat ditarik keluar.
• Udara bertekanan lewat pusat toolnya.

Memperbesar clearance untuk membeli umur tool memperbesar kecenderungan slug pulling. Pin ejector adalah yang Anda beli untuk mengambil pertukaran itu.

Apa yang harus dilakukan dengan modelnya

Isilah keempat sukunya dengan tarif mesin, harga tooling dan laju pukulan Anda sendiri, lalu lihat di mana uangnya berada. Pada sebagian besar pekerjaan busbar, waktu mesinlah yang mendominasi, artinya laju pukulan dan waktu penyetelan lebih penting daripada harga punch. Pusat pemrosesan 24 stasiun yang berjalan 200 pukulan per menit menggerakkan biaya per lubang lebih jauh daripada keputusan tooling mana pun yang tersedia bagi Anda, dan mesin punching dan shearing 400 atau 600 kN dengan penggantian tool yang cepat menggerakkannya lebih jauh daripada punch yang lebih murah. Pilihan tooling lalu menjadi penting karena alasan orde kedua: ia menjaga lubang tetap di dalam batas gambar untuk pola DIN 43673-1 tanpa menghentikan mesin, dan ia menjaga batang agar tidak masuk tempat sisa.

Lacak tiga angka per tool dan modelnya tetap jujur: jumlah pukulan sejak penggerindaan ulang terakhir, tinggi burr pada first-off dan pada titik pemicunya, serta sisa panjang gerinda. Bagi bengkel yang belum pernah mengukur satu pun di antaranya, mulailah dari tinggi burr pada first-off. Itu pengukuran termurah di seluruh bangunan dan ia menggerakkan sisanya.

Bila batas burr-nya ketat, buanglah di hilir alih-alih mengejarnya lewat tooling. Satu lintasan deburring pada mesin khusus berbiaya lebih murah per meter daripada umur tool yang akan Anda korbankan demi mem-punch lubang tanpa burr, dan hasilnya dapat diulang.