Panduan Pemilihan Pitch Sekrup Bola untuk Cetak Injeksi | YOSO

Ketika menentukan spesifikasi ulir bola untuk mesin cetak injeksi full-electric, salah satu keputusan paling berdampak juga merupakan salah satu yang paling sering diabaikan: lead Sekrup pitch — jarak yang ditempuh mur per satu putaran poros ulir — secara langsung menentukan hubungan antara kecepatan motor, kecepatan linear, dan gaya dorong.

Memilih pitch terlalu halus menyebabkan mesin tidak mampu mencapai kecepatan injeksi yang dibutuhkan. Memilih pitch terlalu kasar mengakibatkan hilangnya gaya dorong dan resolusi posisi. Memilih pitch yang tepat memungkinkan mesin memenuhi semua target kinerja; sebaliknya, kesalahan pilihan akan mengorbankan kecepatan, gaya, atau akurasi.

Panduan ini menjelaskan cara kerja pitch ulir bola, kompromi yang terlibat di dalamnya, serta cara memilih pitch optimal untuk tiap sumbu pada mesin cetak injeksi.

Apa Itu Pitch Ulir Bola?

The timbal adalah jarak linear yang ditempuh mur dengan satu putaran penuh 360° poros sekrup. Diukur dalam milimeter per putaran (mm/rev).

Ukuran lead umum untuk aplikasi pencetakan injeksi meliputi:

• Lead halus : 5 mm, 6 mm, 8 mm, 10 mm/rev
• Lead sedang : 16 mm, 20 mm, 25 mm/rev
• Lead tinggi : 32 mm, 40 mm, 50 mm/rev
• Lead sangat tinggi : 63 mm, 80 mm, 100 mm/rev

Penting: Lead ≠ pitch Pitch adalah jarak antara puncak ulir yang berdekatan. Untuk sekrup satu-start, lead sama dengan pitch. Untuk sekrup multi-start (dua-start, empat-start, dll.), lead = pitch × jumlah start. Sekrup bola ber-lead tinggi hampir selalu menggunakan desain multi-start untuk mempertahankan ukuran bola dan kapasitas beban yang tepat.

Dilema Mendasar: Kecepatan vs Gaya Dorong

Lead sekrup bola menciptakan hubungan terbalik antara kecepatan linear dan gaya dorong, yang diatur oleh prinsip mekanika dasar:

Kecepatan linear = RPM sekrup × lead

• Menggandakan lead akan menggandakan kecepatan linear pada RPM yang sama
• Contoh: 1.500 RPM × lead 10 mm = 15 m/menit; 1.500 RPM × lead 20 mm = 30 m/menit

Gaya dorong = Torsi × 2π / lead × efisiensi

• Menggandakan lead akan membagi dua gaya dorong pada torsi yang sama
• Contoh: torsi 10 Nm × 2π / 0,01 m × efisiensi 90% = ~5.650 N; dengan lead 20 mm → ~2.825 N

Ini adalah trade-off utama:

• Pitch kecil → dorongan tinggi, kecepatan rendah, resolusi posisioning tinggi
• Pitch besar → dorongan rendah, kecepatan tinggi, resolusi posisioning lebih rendah

Tugas insinyur desain adalah menemukan pitch yang memenuhi baik kebutuhan kecepatan MAUPUN kebutuhan dorongan, dengan mempertimbangkan torsi motor yang tersedia.

Pemilihan Pitch berdasarkan Sumbu Cetak Injeksi

Setiap sumbu pada mesin cetak injeksi memiliki kebutuhan kecepatan dan gaya yang berbeda, sehingga masing-masing memerlukan strategi pitch yang berbeda.

1. Sumbu Penguncian

Direkomendasikan: Pitch kecil hingga sedang (10–20 mm/putaran)

Sumbu penjepit memerlukan gaya dorong maksimum dan kecepatan sedang. Gaya penutupan cetakan dapat berkisar dari 50 kN pada mesin kecil hingga lebih dari 5.000 kN pada mesin berkapasitas besar.

Mengapa pitch ulir halus hingga sedang:

• Keuntungan mekanis tinggi menghasilkan gaya penjepit sangat besar dari torsi motor yang wajar
• Kecepatan cukup memadai—gerak penjepitan cetakan merupakan operasi yang relatif lambat
• Resolusi halus memungkinkan posisi perlindungan cetakan yang presisi (penutupan bertekanan rendah)

Contoh Khas:

• Mesin kecil (50–100 ton): pitch ulir 16 mm, diameter sekrup Ø40 mm
• Mesin sedang (200–350 ton): pitch ulir 20 mm, diameter sekrup Ø50–63 mm
• Mesin besar (500 ton ke atas): pitch ulir 16–20 mm, diameter sekrup Ø80–100 mm (sering menggunakan desain sekrup ganda)

Pertimbangan Utama: Sumbu penjepit biasanya menggunakan sekrup berdiameter terbesar dengan pitch ulir paling halus relatif terhadap ukuran porosnya, sehingga kapasitas gaya dorong dimaksimalkan.

2. Sumbu injeksi

Direkomendasikan: Pitch Sedang hingga Tinggi (20–40 mm/putaran)

Sumbu injeksi memerlukan kecepatan tinggi (untuk pengisian cepat komponen berdinding tipis) dan gaya signifikan (untuk tekanan pengemasan dan penahanan). Ini merupakan sumbu paling menantang dalam pemilihan pitch karena menuntut kinerja ekstrem di kedua ujung spektrum kecepatan/gaya.

Mengapa pitch sedang hingga tinggi:

• Harus mencapai kecepatan injeksi 100–300 mm/detik untuk aplikasi berdinding tipis dan kemasan
• Juga harus menghasilkan gaya injeksi 50–200 kN untuk proses pengemasan
• Pitch sedang memberikan keseimbangan terbaik antara dua tuntutan tersebut

Contoh Khas:

• Tujuan umum (100–200T): pitch 20–25 mm, sekrup Ø40–50 mm
• Kemasan kecepatan tinggi: pitch 32–40 mm, sekrup Ø50–63 mm
• Presisi/optik: pitch 16–20 mm, sekrup Ø32–40 mm (mengutamakan resolusi daripada kecepatan)

Pertimbangan Utama: Untuk injeksi berkecepatan tinggi, pitch ulir sering menjadi faktor pembatas kecepatan injeksi maksimum. Jika kecepatan yang dibutuhkan melebihi kapasitas pitch ulir standar pada putaran maksimum motor, maka diperlukan pitch ulir yang lebih besar—namun hanya jika motor memiliki torsi yang cukup untuk mempertahankan gaya injeksi pada pitch tersebut.

3. Sumbu Pengeluaran

Direkomendasikan: Pitch Sedang (10–20 mm/putaran)

Ekstraksi memerlukan kecepatan sedang dan gaya relatif rendah dibandingkan dengan penjepitan atau injeksi.

Mengapa pitch sedang:

• Gaya ekstraksi biasanya 5–20% dari gaya penjepitan
• Kecepatan penting untuk waktu siklus, tetapi tidak sekrusial kecepatan injeksi
• Resolusi cukup halus untuk posisi pin ekstraktor yang presisi

Contoh Khas:

• Mesin kecil: pitch 10 mm, ulir Ø20–25 mm
• Mesin sedang: pitch 16 mm, ulir Ø32–40 mm
• Mesin besar: pitch 20 mm, ulir Ø40–50 mm

4. Gerak Unit Injeksi / Sentuhan Nozel

Direkomendasikan: Pitch Sedang hingga Tinggi (20–32 mm/rev)

Sentuhan nozzle merupakan sumbu dengan gaya rendah dan kecepatan sedang. Pitch yang lebih tinggi berfungsi baik di sini karena kebutuhan gaya sangat minimal.

Mengapa pitch lebih tinggi:

• Kebutuhan gaya rendah berarti keuntungan mekanis tidak krusial
• Kecepatan perpindahan lebih cepat mengurangi waktu siklus
• Resolusi yang lebih kasar dapat diterima untuk kontak nozzle

Cara Menghitung Pitch yang Tepat

Proses pemilihan pitch melibatkan pemeriksaan persyaratan kecepatan dan gaya terhadap motor yang tersedia.

Langkah 1: Tentukan kecepatan linier yang dibutuhkan Hitung kecepatan linier maksimum yang harus dicapai oleh sumbu:

• Sumbu injeksi: kecepatan injeksi (mm/detik) × 60 = mm/menit
• Sumbu penjepit: kecepatan penutupan cetakan (mm/detik) × 60 = mm/menit

Langkah 2: Hitung RPM sekrup yang dibutuhkan RPM = kecepatan linear yang dibutuhkan (mm/menit) ÷ pitch (mm/putaran)

Pastikan RPM ini berada dalam kisaran kecepatan nominal motor DAN kecepatan kritis sekrup serta peringkat DN-nya.

Langkah 3: Hitung torsi motor yang dibutuhkan Torsi (Nm) = gaya dorong (N) × pitch (m/putaran) ÷ (2π × efisiensi)

Di mana efisiensi umumnya berkisar antara 0,85–0,95 untuk sekrup bola.

Pastikan torsi ini berada dalam peringkat torsi kontinu dan puncak motor.

Langkah 4: Verifikasi resolusi posisi Gerak bertahap minimum = Lead ÷ (Resolusi encoder motor × Rasio gear)

Pastikan nilai ini lebih halus daripada akurasi posisi yang dibutuhkan untuk aplikasi tersebut.

Sekrup Multi-Start: Lead Tinggi Tanpa Mengorbankan Kapasitas Beban

Kesalahpahaman umum adalah bahwa sekrup ber-lead tinggi memiliki kapasitas beban lebih rendah. Hal ini tidak selalu benar, berkat desain sekrup multi-start .

Perbandingan sekrup single-start dan multi-start:

• Single-start : Satu ulir kontinu. Lead = pitch.
• 2-start : Dua ulir paralel. Lead = 2 × pitch.
• 4-start : Empat ulir paralel. Lead = 4 × pitch.

Sekrup multi-start mencapai lead tinggi sambil mempertahankan pitch yang wajar (jarak antar ulir bersebelahan). Artinya:

• Ukuran bola tetap → kapasitas beban tetap
• Ukuran mur tetap → kemampuan saling tukar tetap terjaga
• Hanya lead yang berubah → kemampuan kecepatan meningkat

Sebagai contoh, sekrup Ø40 mm tersedia dalam:

• 40-5 (single-start, lead 5 mm) — dorong tinggi, kecepatan rendah
• 40-10 (2-start, lead 10 mm) — dorong sedang, kecepatan sedang
• 40-20 (4-start, lead 20 mm) — dorong lebih rendah, kecepatan tinggi

Semua menggunakan ukuran bola yang sama dan memiliki peringkat beban dinamis yang serupa, tetapi versi dengan pitch 20 mm memberikan kecepatan linier 4× lebih tinggi pada RPM yang sama.

Nilai DN: Batasan Tersembunyi

Saat memilih pitch untuk aplikasi kecepatan tinggi, Anda juga harus memeriksa Nilai DN — hasil kali diameter sekrup (D, dalam mm) dan kecepatan rotasi (N, dalam RPM). Nilai DN mengukur seberapa cepat bola bergerak di dalam mur, dan nilai ini memiliki batas maksimum yang ditentukan oleh desain sekrup serta pelumasannya.

Nilai DN: Batasan Tersembunyi

Saat memilih pitch untuk aplikasi kecepatan tinggi, Anda juga harus memeriksa Nilai DN — hasil kali diameter sekrup (D, dalam mm) dan kecepatan rotasi (N, dalam RPM). Nilai DN mengukur seberapa cepat bola bergerak di dalam mur, dan nilai ini memiliki batas maksimum yang ditentukan oleh desain sekrup serta pelumasannya.

Batasan nilai DN khas:

• Sekrup presisi standar yang digiling: ~70.000–100.000 DN
• Sekrup yang dioptimalkan untuk kecepatan tinggi: ~120.000–160.000 DN
• Desain khusus kecepatan ultra-tinggi: hingga 220.000 DN

Mengapa hal ini penting dalam pemilihan pitch: Jika Anda membutuhkan kecepatan linear 30 m/menit dengan pitch 10 mm, maka kecepatan putar yang diperlukan adalah 3.000 RPM. Untuk sekrup berdiameter Ø40 mm, nilai DN = 40 × 3.000 = 120.000 — angka ini mungkin melebihi batas rating sekrup.

Dengan pitch 20 mm, Anda hanya memerlukan 1.500 RPM untuk mencapai kecepatan linear yang sama, yaitu 30 m/menit. Nilai DN = 40 × 1.500 = 60.000 — masih jauh di bawah batas maksimal.

Pemahaman utama: Sekrup dengan pitch lebih tinggi beroperasi pada RPM lebih rendah untuk kecepatan linear yang sama, sehingga mengurangi nilai DN dan memperpanjang masa pakai operasional. Ini merupakan salah satu alasan utama mengapa sekrup berpitch tinggi lebih disukai dalam aplikasi injeksi berkecepatan tinggi.

Kesalahan Umum dalam Memilih Pitch

Kesalahan 1: Memilih pitch berdasarkan kecepatan saja Banyak insinyur menentukan pitch hanya untuk mencapai kecepatan target, namun lupa memverifikasi gaya dorong (thrust force). Akibatnya, mesin dapat bergerak cepat tetapi tidak mampu menghasilkan tekanan injeksi atau gaya klem yang cukup. Selalu periksa baik kecepatan MAUPUN gaya.

Kesalahan 2: Memilih pitch terlalu besar "sekadar untuk berjaga-jaga" Pitch yang lebih besar dari kebutuhan sebenarnya berarti:

• Keuntungan mekanis lebih rendah → motor yang dibutuhkan menjadi lebih besar dan lebih mahal
• Resolusi penentuan posisi yang lebih kasar → mungkin tidak memenuhi persyaratan presisi
• Inersia yang lebih tinggi dipantulkan ke motor → tantangan dalam penyetelan

Kesalahan 3: Mengabaikan kecepatan kritis Sekrup panjang dengan pitch tinggi dapat beroperasi di atas kecepatan kritis pada RPM maksimum, menyebabkan getaran berbahaya. Selalu hitung kecepatan kritis berdasarkan diameter, panjang, dan konfigurasi penopang yang dipilih.

Kesalahan 4: Melupakan percepatan Sumbu cetak injeksi mengalami percepatan dan perlambatan secara cepat. Torsi yang diperlukan untuk percepatan ditambahkan ke torsi yang diperlukan untuk gaya dorong. Jika pitch terlalu halus, motor mungkin tidak memiliki torsi yang cukup untuk percepatan cepat, meskipun gaya kondisi tunak memadai.

Tabel Referensi Cepat Pemilihan Pitch

tabel

Sumbu	Rentang Pitch Umum	Rentang Diameter Sekrup	Prioritas
Penjepitan	10–20 mm/putaran	ø40–100 mm	Gaya dorong > kecepatan
Injeksi (umum)	20–25 mm/putaran	ø32–50 mm	Keseimbangan antara kecepatan dan gaya
Injeksi (kecepatan tinggi)	32–40 mm/putaran	ø40–63 mm	Kecepatan > gaya
Injeksi (presisi)	16–20 mm/rev	ø32–40 mm	Resolusi > kecepatan
Ejector	10–20 mm/putaran	ø20–50 mm	Seimbang
Sentuhan nosel	20–32 mm/rev	ø20–32 mm	Kecepatan > gaya

Kesimpulan

Jarak ulir bola merupakan parameter mendasar yang membentuk karakter kinerja setiap sumbu pada mesin cetak injeksi listrik sepenuhnya. Parameter ini menjadi pengungkit yang mengorbankan kecepatan demi gaya — dan menemukan keseimbangan yang tepat sangat penting.

Kunci:

• Sumbu penjepit : Jarak ulir kecil untuk dorong maksimal
• Sumbu injeksi : Jarak ulir sedang untuk keseimbangan antara kecepatan dan gaya; jarak ulir besar untuk mesin dinding tipis/kecepatan tinggi
• Sumbu pelontar : Pengarah menengah untuk kecepatan dan gaya sedang
• Desain multi-start mencapai pengarah tinggi tanpa mengorbankan kapasitas beban
• Nilai DN sering memilih pengarah lebih tinggi untuk aplikasi kecepatan tinggi (RPM lebih rendah = DN lebih rendah)

Dengan mencocokkan pengarah secara cermat terhadap kebutuhan kecepatan, gaya, dan presisi spesifik tiap sumbu, para perancang mesin dan insinyur retrofit dapat mengoptimalkan kinerja, meminimalkan ukuran dan biaya motor, serta memaksimalkan masa pakai rakitan sekrup bola.