Umur tool dan biaya per lubang pada punching busbar

Workshop pemrosesan busbar sering menghitung biaya lubang tekan dengan membagi harga alat dengan kuantitas yang diingat—angka yang biasanya melebihkan bagian alat dari total biaya dan menyembunyikan dua komponen utama. Menggunakan model perhitungan ini mengubah parameter yang dioptimalkan.

Model perhitungan

cost per hole = (tool cost + n × regrind cost) / total holes over tool life
              + machine rate × cycle time
              + tool-change downtime allocated per hole
              + scrap cost allocated per hole

Empat komponen. Komponen pertama adalah yang sering disebut "biaya alat". Komponen kedua biasanya tiga hingga lima kali lebih besar. Komponen ketiga kecil tetapi sangat dipengaruhi oleh pemilihan alat. Komponen kecil secara rata-rata tetapi bisa menjadi bencana di kondisi ekstrem.

Contoh perhitungan

Pertimbangkan satu set paham dan dies bulat 13 mm untuk membuat lubang clearance M12 pada tembaga setengah keras ketebalan 10 mm, dengan mesin beroperasi pada 150 hit per menit. Semua nilai tarif di bawah ini bersifat ilustratif dan harus diganti dengan angka workshop yang sebenarnya; yang penting adalah struktur dan perbandingan besarnya, bukan nilai absolutnya.

Mulai dari alat. Satu set paham dan dies dari baja kecepatan tinggi M2 seharga €220. Pergurian ulang seharga €30 termasuk penanganan, inspeksi, dan pemasangan ulang shim. Delapan kali pengurian ulang sebelum paham habis panjang gurinya. Masa pakai antar pengurian ulang sebanyak 30.000 hit, yaitu angka yang perlu diverifikasi dengan pemasok alat untuk material, mesin, dan clearance spesifik.

total holes  = 9 intervals × 30 000 = 270 000
tooling cost = (220 + 8 × 30) / 270 000 = €0.0017 per hole

Selanjutnya biaya waktu mesin. Dengan €55 per jam all-in dan 150 hit per menit, setiap lubang memakan waktu 0,4 detik.

machine cost = 55 / 3600 × 0.4 = €0.0061 per hole

Kemudian waktu henti. Sembilan kali penggantian alat masing-masing 12 menit sama dengan 1,8 jam produksi yang hilang.

downtime cost = 1.8 × 55 / 270 000 = €0.00037 per hole

Terakhir, material limbah. Satu batang tembaga panjang 3 m dengan ukuran 100 × 10 mm memiliki berat 26,9 kg. Dengan harga tembaga €9/kg, batang tersebut bernilai €242 sebagai bahan baku saja, sebelum memperhitungkan biaya pengolahan yang sudah dikeluarkan. Misalkan satu dari empat batang per masa pakai alat terbuang karena slug yang terseret, tepi yang ambruk, atau geram yang melewati batas toleransi gambar.

scrap cost = 242 / 4 / 270 000 = €0.00022 per hole

Totalnya sekitar €0,0084, atau 0,84 sen euro per lubang. Alat menyumbang 20% dari total. Waktu mesin menyumbang 73%.

Paham bukanlah komponen biaya utama. Satu batang tembaga yang terbuang senilai €242 sama harganya dengan total konsumsi alat untuk sekitar 142.000 lubang. Masa pakai alat penting terutama karena masa pakai yang pendek menghasilkan lubang yang buruk, dan lubang yang buruk menghasilkan material limbah dan pengerjaan ulang. Bukan karena paham harganya mahal.

Material paham

Empat keluarga mencakup hampir semua pekerjaan busbar.

Baja alat kerja dingin D2, biasanya 60-62 HRC. Murah, stabil secara dimensi, memadai untuk material tipis atau lunak dan produksi jangka pendek. Pada tembaga tebal, kekuatan tepi terbatas dan chipping akibat guncangan snap-through adalah kegagalan yang umum. Pemasok yang menawarkan D2 dan M2 mengarahkan D2 ke lembaran tipis, kuantitas kecil dan kasus di mana perubahan desain mungkin terjadi.

Baja kecepatan tinggi konvensional M2, 60-63 HRC. Pilihan standar. Ketahanan aus, ketahanan benturan, dan ketangguhan lebih baik daripada D2, dan tahan terhadap panas gesek yang dihasilkan di sisi pahat. Catatan material pahat Anchor Danly menjelaskan M2 cocok untuk produksi jangka panjang di mana ketahanan aus adalah persyaratan utama. Untuk sebagian besar bengkel busbar, ini adalah standar.

Baja kecepatan tinggi metalurgi serbuk: ASP 2023, PM 23, grade Vanadis dan setara, banyak di antaranya memiliki kimia M3

dengan nomor material 1.3395. Kimia mirip dengan M2, tetapi karbida jauh lebih halus dan lebih merata terdistribusi, yang meningkatkan ketahanan aus tanpa penalti ketangguhan yang biasanya terjadi. PASS Stanztechnik mempublikasikan faktor umur alat 6,0-10,0 untuk baja pahat PM mereka dibandingkan baseline mereka. Itu adalah pengganda besar dari komponen yang mungkin berharga 1,5 hingga 2,5 kali lipat dari pahat konvensional.

Karbid tungsten. Ketahanan aus tertinggi dengan selisih lebar, dan jawaban yang salah untuk sebagian besar pelubangan busbar. Karbid rapuh, dan snap-through pada tembaga 10-20 mm memberikan beban guncangan terbalik yang tidak disukainya. Memerlukan panduan kaku, celah akurat, dan kontrol slug bersih sebelum dapat bertahan. Tempatnya pada volume sangat tinggi dengan satu ukuran lubang, atau pada material abrasif, yang tidak menggambarkan pekerjaan panel listrik tipikal.

Masukkan pilihan ke dalam model biaya daripada membahasnya secara abstrak. Dalam contoh di atas, perpindahan dari M2 ke baja PM seharga €420 untuk set dengan faktor umur 6× menghasilkan:

total holes  = 9 × 180 000 = 1 620 000
tooling cost = (420 + 8 × 40) / 1 620 000 = €0.00046 per hole

Biaya alat per lubang turun sekitar tiga perempat, dan istilah waktu henti turun dengan faktor yang sama karena ada seperenam penggantian alat untuk output yang sama. Pahat yang harganya hampir dua kali lipat tidak relevan.

Pelapisan

Pelapisan PVD adalah beberapa mikron keramik pada sisi dan permukaan. Meningkatkan kekerasan permukaan jauh di atas substrat, dan mengubah perilaku gesek dan adhesi di antarmuka. Pada tembaga, gesek dan adhesi adalah yang penting.

Data yang dipublikasikan dari perusahaan pelapisan komersial memberikan berikut ini, dan angka-angka tersebut bersifat representatif daripada universal:

TiN adalah standar serbaguna. TiCN lebih keras dan lebih baik pada pekerjaan abrasif, tetapi batas kerja 400 °C-nya adalah yang terendah dalam tabel. Kemampuan AlTiN 900 °C yang membuatnya berharga dalam mesin dan tidak memberikan manfaat apa pun pada busbar tembaga, di mana alat tidak pernah mendekati suhu tersebut.

Untuk tembaga dan aluminium, mode kegagalan adalah adhesi dan galling, bukan pelunakan termal. Hal ini mengarah pada opsi gesekan rendah: pelapis berbasis kromium, atau pelapis apa pun yang membawa lapisan atas dry-film disulfida molibdenum/tungsten, yang menurunkan koefisien gesek dari sekitar 0,35 menjadi sekitar 0,15. Gesekan yang lebih rendah pada sisi samping berarti gaya tarik yang lebih rendah, dan tarik adalah tempat terjadinya sebagian besar keausan. PASS mengutip faktor umur alat 2,0-4,0 untuk pelapis yang sesuai, dengan catatan bahwa pelapis tersebut harus disesuaikan dengan material benda kerja daripada dipilih secara generik.

Dua kendala praktis. PVD didepositkan pada sekitar 375 °C, di bawah suhu tempering M2 yang dikeraskan, sehingga tidak melunakkan substrat; CVD didepositkan mendekati 1050 °C dan memerlukan alat untuk dikeraskan ulang setelahnya, itulah sebabnya CVD bertahan pada insert dan alat pembentuk berat daripada pelubang presisi. Dan pelapis wajah hilang pada pertama kali regrind dilakukan. Pelapis sisi samping bertahan, di mana sebagian besar manfaatnya berada, sehingga pelubang yang diregrind dan dilapis masih lebih baik daripada yang tidak dilapis, tetapi ekonomi pelapisan ulang terhadap sisa umur gerinda harus diperiksa.

Stok regrind dan berapa banyak regrind yang didapat

Umur gerinda adalah total panjang yang dapat diambil dari ujung pelubang dengan menajamkan. Ditentukan oleh geometri, bukan oleh keausan:

grind life = SBR − (material thickness + die penetration + stripper thickness)

di mana SBR adalah panjang lurus sebelum radius, jarak dari ujung kembali ke tempat pelubang mulai melebar ke badannya. Gerinda melewati batas itu dan pelubang tidak akan lagi melewati stripper atau tidak akan lagi menghasilkan lubang yang benar. Penetrasi die adalah jumlah pelubang yang harus masuk ke die pada bagian bawah langkah untuk memutus slug, biasanya beberapa persepuluh hingga sekitar 3 mm tergantung pada sistem alat.

Jumlah regrind adalah umur gerinda yang tersedia dibagi dengan stok yang diambil per regrind. Pengambilan biasanya 0,1-0,3 mm, cukup untuk menghilangkan wear land dan sedikit logam bersih di bawahnya, sehingga pelubang dengan panjang gerinda yang dapat digunakan 3 mm mendukung sekitar 10-30 regrind secara teoritis. Dalam praktiknya lebih sedikit yang dicapai, karena pelubang yang dijalankan terlalu jauh melewati batas keausannya memerlukan 0,5 mm atau lebih diambil, dan karena setiap regrind memerlukan panjang pelubang dipulihkan dengan shim atau penyesuaian kepala hingga tumpukan toleransi habis. Setiap angka ini tergantung pada sistem alat dan geometri pelubang, jadi konfirmasikan terhadap data pemasok daripada mengadopsi angka di sini.

Gerinda basah, selalu. Gerinda kering atau pendingin yang tidak memadai dapat retak atau menganilkan tepi potong dan menghancurkan pelubang. Hapus gerinda burr dengan batu halus, bersihkan pendingin, lumasi saat perakitan dan tetapkan kembali panjang pelubang.

Wear land sebagai pemicu regrind

Tepi potong tidak tetap tajam lalu tiba-tiba gagal. Ia mengembangkan sedikit datar, wear land, yang tumbuh secara stabil dan mengubah potongan jauh sebelum pelubang tidak dapat digunakan. Begitu ada wear land yang terukur, lebih banyak material yang dideformasi daripada digergaji, sehingga gaya meningkat, rollover membesar, burr membesar dan lubang bergeser.

Mengukur wear land secara langsung berarti mengeluarkan pelubang dan meletakkannya di bawah mikroskop atau komparator. Lakukan secara berkala untuk mengkalibrasi penilaian; ini bukan kontrol produksi. Wear land di kisaran 0,2-0,4 mm adalah pemicu regrind yang umum, dan konfirmasikan angka tersebut dengan pemasok untuk alat tertentu. Dalam produksi, pemicu praktis adalah gejala: tinggi burr terhadap batas gambar, yang pemasok secara eksplisit menyatakan sebagai penentu normal waktu regrind dan merupakan indikator awal yang paling sensitif; pertumbuhan rollover yang diukur terhadap sampel pertama-off yang disimpan; pergeseran dimensi dan posisi lubang; kelengkungan bagian; dan peningkatan tekanan press atau arus motor pada langkah.

Disiplin yang penting adalah menggerinda lebih awal. Pelubang yang tertangkap pada 0,2 mm wear land memerlukan 0,15 mm diambil dan kembali bekerja. Pelubang yang sama dijalankan hingga tepi runtuh memerlukan 0,5 mm atau menjadi sampah, dan semua yang dibuat di antaranya diragukan.

Tuas clearance

Dari semua aspek dalam artikel ini, jarak pukul-an-die paling banyak memengaruhi umur alat potong dibanding variabel lain, dan tidak memerlukan biaya untuk menerapkannya dengan benar.

Mekanismenya terjadi pada saat pelepasan, bukan saat pemotongan. Jika jarak terlalu rapat, tembaga akan kembali ke sisi punch setelah tembus dan setiap langkah berakhir dengan kondisi interference fit yang harus dikeluarkan secara paksa. Data lapangan Dayton Lamina mengatribusikan hingga dua pertiga total keausan punch pada tahap pelepasan, dan menjelaskan bahwa jarak yang terlalu rapat menghasilkan lubang yang lebih kecil dari ujung punch, dengan panas gesekan yang mengubah warna logam di belakang ujung dan merusak perlakuan panas. Jarak yang benar menghasilkan lubang yang sedikit lebih besar dari punch, mengubah press fit menjadi slip fit. Perbandingan yang mereka publikasikan antara jarak tradisional 5% per sisi dengan jarak yang dirancang mereka pada material yang sama melaporkan 41 jam perawatan per satu juta bagian untuk pengaturan rapat, dengan studi kasus pada baja cold-rolled 0,060 in menunjukkan peningkatan tiga kali lipat umur punch hanya dari pengaturan jarak.

Bandingkan dengan multiplier lain. Jarak yang benar berkontribusi sekitar 2-3×. Substrat PM berkontribusi 6-10×. Pelapisan yang tepat berkontribusi 2-4×. Penggunaan dengan pelumas dibandingkan kering menghindari penalti 0,4-0,6. Nilai-nilai ini tidak dikalikan secara sempurna, dan tidak ada yang boleh mengklaim peningkatan seratus kali lipat, tetapi selisih antara alat potong yang spesifikasinya salah dalam die yang jaraknya salah dan digunakan kering, dengan yang spesifikasinya benar, mendekati satu urutan besarnya. Sebagian besar celah ini ditutup oleh keputusan yang tidak memerlukan biaya pada saat pemesanan.

Dua perangkap khusus untuk busbar. Lubang kecil pada batang tebal membawa penalti yang berat, dengan PASS menerbitkan faktor penurunan nilai 0,6-0,8 untuk fitur potongan yang lebih kecil dari 1,5 kali ketebalan material dan 0,3-0,5 untuk yang lebih kecil dari 1,0 kali ketebalan; lubang M12 pada tembaga 12 mm berada tepat dalam band kedua tersebut. Dan batang dengan temper keras lebih berat pada alat potong daripada setengah keras, sehingga penggantian temper oleh bagian pengadaan akan muncul sebagai masalah umur alat potong berminggu-minggu kemudian. Itulah salah satu alasan untuk meminta pemasok mematuhi temper yang dinyatakan di bawah EN 13601. Aspek jarak dibahas secara lengkap dalam jarak pukul-an-die untuk busbar tembaga dan aluminium, dan aspek gaya dalam kalkulator gaya pukul busbar.

Pelumasan

Penggunaan kering memotong setengah umur alat potong. Faktor yang diterbitkan PASS untuk tanpa pelumas lembar adalah 0,4-0,6, dan tembaga mudah menempel pada baja alat potong.

Terdapat konflik di sini. Adhesi film minyak antara slug dan permukaan punch adalah salah satu mekanisme slug-pulling yang dikenal, dan "jangan gunakan oli pemrosesan" muncul dalam daftar remedies slug-pulling dari pemasok alat potong sendiri. Menghilangkan pelumas untuk mengatasi slug-pulling berhasil, tetapi ini adalah pertukaran yang salah. Perbaiki retensi slug secara mekanis, pertahankan pelumasan, dan dapatkan umur alat potong. Kemudian perhitungkan konsekuensi downstream: sisa pelumas pada permukaan sambungan merupakan masalah kontaminasi sebelum pelapisan, pemesinan timah, atau perakitan, dan langkah pembersihan harus termasuk dalam proses dan tidak ditemukan saat inspeksi.

Slug-pulling

Slug yang tertarik adalah peristiwa rutin yang paling mahal dalam pemukulan. Slug akan naik bersama punch, jatuh ke atas batang, dan terdorong masuk ke permukaan pada langkah berikutnya. Kasus terbaik, batang yang tergores dan harus dikerjakan ulang. Kasus terburuk, punch yang patah, die yang rusak, dan panjang batang yang terbuang.

Mekanisme pada tembaga adalah adhesi vakum antara slug yang melengkung dan permukaan punch, adhesi film minyak, dan perekatan tekanan tepi dari geram. Adhesi magnetik, yang keempat dalam daftar standar, tidak berlaku. Tindakan pencegahannya, kira-kira berdasarkan seberapa sering menyelesaikan masalah:

• Pin ejektor bermotor pegas dengan lubang ventilasi sisi di dalam punch. Pin mendorong slug keluar; ventilasi memecah vakum. Inilah yang memungkinkan penggunaan jarak yang luas.
• Geometri die penahan slug, berupa potongan pemotongan pendek diikuti oleh relief yang sedikit lebih sempit yang mencengkeram slug sehingga tidak bisa naik kembali.
• Sudut shear pada permukaan punch, yang membungkukkan slug sehingga gaya kembalinya melepaskannya.
• Pembatasan masuknya punch ke dalam die di bagian bawah langkah, karena masuknya yang dalam menciptakan lebih banyak vakum saat pelepasan.
• Udara terkompresi melalui pusat alat.

Peningkatan jarak untuk menambah umur alat potong juga meningkatkan kecenderungan slug-pulling. Pin ejektor adalah komponen yang memungkinkan pengambilan keputusan tersebut.

Cara menggunakan model ini

Isi empat istilah dengan tarif mesin aktual, harga alat potong, dan hit rate, kemudian lihat di mana biaya terbesar berada. Pada sebagian besar pekerjaan busbar, waktu mesin mendominasi, yang berarti hit rate dan waktu setup lebih penting daripada harga pelubang. Sebuah mesin pemrosesan 24 stasiun yang beroperasi pada 200 hit per menit mengurangi biaya per lubang lebih jauh daripada keputusan alat potong mana pun yang tersedia, dan sebuah mesin pelubang dan potong 400 atau 600 kN dengan pergantian alat yang cepat menguranginya lebih jauh daripada pelubang yang lebih murah. Pilihan alat potong kemudian penting karena alasan sekunder: menjaga lubang tetap dalam batas gambar untuk pola DIN 43673-1 tanpa menghentikan mesin, dan menjaga batang keluar dari tempat sampah.

Lacak tiga angka per alat dan model akan tetap jujur: jumlah hit sejak pengasahan terakhir, tinggi buri pada produk pertama dan pada titik trigger, serta panjang pengasahan yang tersisa. Untuk bengkel yang belum pernah mengukur salah satunya, mulailah dengan tinggi buri pada produk pertama. Ini adalah pengukuran termurah di pabrik dan mendorong sisanya.

Di mana batas buri ketat, ambil di hilir daripada mengejarnya dengan alat potong. Sebuah operasi penghilangan buri pada mesin khusus biayanya lebih rendah per meter daripada umur alat yang akan dikorbankan untuk mencoba melubangi tanpa buri, dan ini dapat diulang.