Pemotongan: Proses Pemotongan Koil Baja Presisi untuk Produk Lebar Kustom

Definisi dan Konsep Dasar

Slitting adalah teknik pemrosesan logam presisi yang melibatkan pemotongan gulungan kontinu lembaran logam menjadi strip yang lebih sempit dengan lebar yang ditentukan. Operasi pemotongan longitudinal ini mengubah gulungan lebar menjadi beberapa gulungan yang lebih sempit melalui penggunaan bilah pemotong melingkar yang diposisikan pada poros paralel. Slitting merupakan proses perantara yang kritis dalam rantai nilai produksi baja, memungkinkan produsen untuk menciptakan dimensi material yang sesuai untuk aplikasi hilir sambil mempertahankan efisiensi produksi kontinu.

Dalam konteks yang lebih luas dari metalurgi, slitting menempati posisi penting antara produksi baja primer dan proses fabrikasi akhir. Ini menjembatani kesenjangan antara manufaktur baja skala besar, yang memproduksi gulungan dengan lebar standar untuk efisiensi ekonomi, dan berbagai kebutuhan dimensi dari aplikasi penggunaan akhir. Proses ini mencerminkan keseimbangan antara ekonomi produksi massal dan kebutuhan kustomisasi dalam praktik metalurgi modern.

Sifat Fisik dan Dasar Teoretis

Mekanisme Fisik

Proses slitting beroperasi melalui deformasi geser yang terkontrol dari lembaran logam. Pada tingkat mikrostruktur, proses ini menginduksi deformasi plastis lokal yang melebihi kekuatan geser akhir material, menyebabkan pemisahan sepanjang jalur yang telah ditentukan. Aksi pemotongan ini menciptakan zona deformasi karakteristik di tepi potongan, termasuk zona terbakar, zona patah, dan pembentukan burr, yang mencerminkan tahap progresif pemisahan material.

Mekanisme mikroskopis selama slitting melibatkan pergerakan dislokasi, pengerasan regangan, dan pembentukan serta koalesensi void yang akhirnya mengarah pada pemisahan material. Kualitas tepi potongan ditentukan oleh interaksi antara alat pemotong dan mikrostruktur material, terutama ukuran butir, orientasi, dan distribusi fase. Dalam material baja, keberadaan fase yang berbeda (ferrit, perlit, martensit) secara signifikan mempengaruhi perilaku pemotongan selama slitting.

Model Teoretis

Model teoretis utama yang menggambarkan proses slitting adalah teori lokalisasi pita geser, yang menjelaskan bagaimana deformasi terfokus dalam pita sempit selama operasi dengan laju regangan tinggi. Model ini, yang dikembangkan pada pertengahan abad ke-20, dibangun di atas pekerjaan sebelumnya dalam mekanika pemotongan logam oleh Merchant dan lainnya yang menetapkan hubungan dasar antara geometri alat, sifat material, dan gaya pemotongan.

Pemahaman sejarah tentang slitting berkembang dari pendekatan empiris menjadi model analitis yang lebih canggih. Praktisi awal mengandalkan parameter berbasis pengalaman, sementara pendekatan modern menggabungkan analisis elemen hingga (FEA) dan model komputasi. Pendekatan teoretis kontemporer mencakup model mekanika patah elastis-plastis, yang lebih baik memperhitungkan perilaku material selama operasi slitting kecepatan tinggi, dan model berbasis mikrostruktur yang mempertimbangkan mekanisme deformasi tingkat butir.

Dasar Ilmu Material

Kinerja slitting berkaitan langsung dengan struktur kristal material yang diproses. Struktur kubik berpusat badan (BCC) yang ditemukan dalam baja ferritik menunjukkan karakteristik slitting yang berbeda dibandingkan dengan struktur kubik berpusat muka (FCC) dalam baja austenitik. Batas butir memainkan peran penting dalam kualitas slitting, karena dapat menghambat propagasi retak (meningkatkan kualitas tepi) atau berfungsi sebagai jalur preferensial untuk patah (berpotensi menyebabkan cacat tepi).

Mikrostruktur material baja secara signifikan mempengaruhi kinerja slitting. Struktur butir yang lebih halus umumnya menghasilkan kualitas tepi yang lebih baik tetapi memerlukan gaya slitting yang lebih tinggi. Distribusi fase mempengaruhi karakteristik tepi potongan, dengan fase yang lebih keras seperti martensit meningkatkan keausan alat sementara berpotensi meningkatkan definisi tepi. Inklusi dan partikel fase kedua dapat berfungsi sebagai konsentrator stres selama slitting, berpotensi memicu patah prematur atau menyebabkan kerusakan alat.

Ekspresi Matematis dan Metode Perhitungan

Formula Definisi Dasar

Persamaan dasar untuk menghitung gaya slitting adalah:

$$F_s = L \times t \times \tau_s \times C_f$$

Di mana $F_s$ adalah gaya slitting (N), $L$ adalah panjang potongan (mm), $t$ adalah ketebalan material (mm), $\tau_s$ adalah kekuatan geser material (MPa), dan $C_f$ adalah faktor koreksi yang memperhitungkan kondisi dan geometri alat.

Formula Perhitungan Terkait

Jarak antara pisau slitting atas dan bawah dapat dihitung sebagai:

$$C = k \times t \times \sqrt{\frac{250}{\tau_s}}$$

Di mana $C$ adalah jarak optimal (mm), $k$ adalah koefisien spesifik material (biasanya 0.005-0.025), $t$ adalah ketebalan material (mm), dan $\tau_s$ adalah kekuatan geser (MPa).

Persyaratan daya untuk operasi slitting dapat ditentukan dengan:

$$P = \frac{F_s \times v}{60,000 \times \eta}$$

Di mana $P$ adalah daya (kW), $F_s$ adalah gaya slitting (N), $v$ adalah kecepatan slitting (m/menit), dan $\eta$ adalah efisiensi mekanis dari jalur slitting (biasanya 0.7-0.85).

Kondisi dan Batasan yang Berlaku

Formula ini berlaku untuk operasi pada suhu lingkungan pada material logam dalam rentang ketebalan standar (0.1-12mm). Model ini mengasumsikan sifat material yang homogen di seluruh ketebalan dan lebar lembaran, yang mungkin tidak berlaku untuk baja berkekuatan tinggi yang canggih dengan mikrostruktur yang kompleks.

Batasan termasuk penurunan akurasi untuk material yang sangat tipis (<0.1mm) di mana efek pembengkokan menjadi signifikan, dan untuk material yang sangat tebal (>12mm) di mana mekanika patah menjadi lebih kompleks. Formula ini juga mengasumsikan alat yang tajam; seiring dengan kemajuan keausan alat, faktor koreksi harus diterapkan untuk mempertahankan akurasi.

Metode Pengukuran dan Karakterisasi

Spesifikasi Pengujian Standar

ASTM E340: Metode Uji Standar untuk Makro-etching Logam dan Paduan - Mencakup evaluasi kualitas tepi potongan melalui teknik makro-etching.

ISO 16160: Produk Lembaran Baja yang Dilapisi dengan Hot-Dip Secara Kontinu - Termasuk spesifikasi untuk penilaian kualitas tepi setelah operasi slitting.

ASTM A1030: Praktik Standar untuk Mengukur Karakteristik Datar Produk Lembaran Baja - Mengatasi masalah datar yang mungkin muncul dari operasi slitting.

DIN EN 10149: Spesifikasi untuk produk datar yang dilas panas yang terbuat dari baja berkekuatan tinggi untuk pembentukan dingin - Mengandung ketentuan untuk persyaratan kualitas tepi setelah slitting.

Peralatan dan Prinsip Pengujian

Sistem mikroskopi optik umumnya digunakan untuk memeriksa kualitas tepi potongan, biasanya pada pembesaran 50-200x. Sistem ini beroperasi berdasarkan prinsip cahaya yang dipantulkan untuk mengungkap zona karakteristik dari tepi yang dipotong.

Profilometer mengukur kekasaran permukaan tepi dan tinggi burr menggunakan teknik berbasis stylus atau optik. Instrumen ini mengkuantifikasi ketidakteraturan permukaan dengan melacak perpindahan vertikal di seluruh permukaan yang diukur.

Mesin uji tarik menilai sifat mekanik dari tepi yang dipotong, yang sangat penting untuk aplikasi di mana retak tepi menjadi perhatian. Sistem canggih termasuk kemampuan korelasi citra digital untuk memetakan distribusi regangan di dekat tepi potongan.

Analyzer kondisi tepi khusus menggabungkan pemindaian optik dengan pemrosesan citra otomatis untuk memberikan penilaian kualitas waktu nyata selama produksi. Sistem ini menggunakan algoritma visi mesin untuk mendeteksi dan mengklasifikasikan cacat tepi.

Persyaratan Sampel

Sampel standar untuk penilaian kualitas tepi biasanya memerlukan sampel dengan panjang 100-300mm yang dipotong tegak lurus terhadap arah slitting. Sampel tepi harus