Laporan Modul C - Rolling

8/10/2019 Laporan Modul C - Rolling

1/23


2/23

BAB I

PENDAHULUAN

1.1.Latar Belakang

Proses pengerolan seringkali dilakukan untuk memproduksi logam

berbentuk batang atau pelat. Logam berbentuk batang atau pelat ini pada

umumnya akan digunakan sebagai bahan dasar untuk pemrosesan lebih lanjut

hingga pada akhirnya menjadi produk. Oleh karenanya, pelat atau batang hasil

pengerolan ini harus dikontrol kualitasnya agar produk yang dibuat dari

batang atau pelat ini juga terjaga kualitasnya.Gaya-gaya pengerolan akan amat berpengaruh terhadap hasil pengerolan.

Untuk mengontrol kualitas pengerolan maka pemahaman terhadap faktor-

faktor yang mempengaruhi gaya pengerolan amatlah penting. Selain faktor-

faktor tersebut, pemahaman terhadap cacat yang dapat terjadi pada pengerolan

dan penyebab dari cacat tersebut juga tidak kalah penting karena suatu produk

hasil buatan manusia tidak akan pernah sempurna. Maka dari itu

dibutuhkanlah suatu percobaan yang dirancang untuk memahami proses

pengerolan.

1.2.Tujuan Praktikum

Tujuan dari praktikum ini antara lain:

1.

Memahami gaya-gaya yang bekerja pada proses pengerolan

2.

Memahami parameter proses pengerolan

3.

Memahami asumsi-asumsi yang digunakan dalam menurunkan persamaan

gaya pengerolan

4.

Memahami fenomena-fenomena yang terjadi pada proses pengerolan

5.

Memahami tahapan-tahapan dalam proses pengerolan

6.

Memahami perubahan sifat mekanik yang terjadi akibat proses pengerolan


3/23

BAB II

DASAR TEORI

Proses pengerolan adalah proses deformasi plastis pada logam dengan cara

melewatkan logam tersebut di antara roll. Proses ini banyak digunakan dalam

pengerjaan suatu logam karena dapat memproduksi dalam jumlah banyak dalam

waktu singkat. Proses pengerolan dilakukan oleh suatu sistem yang disebut rolling

mills. Rolling mills terdiri dari roll, bantalan, rumah, dan penggerak untuk

menggerakkan dan memberi gaya pada roll-nya. Rolling mills dapat

diklasifikasikan berdasarkan jumlah dan susunan dari roll yang digunakan.

Berikut contoh-contoh klasifikasi rolling mills:

Gambar 1 - Klasifikasi rolling mills

(http://img.alibaba.com/img/news/10/00/70/68/1256624124480_us_backyard1_839.jpg)
http://img.alibaba.com/img/news/10/00/70/68/1256624124480_us_backyard1_839.jpghttp://img.alibaba.com/img/news/10/00/70/68/1256624124480_us_backyard1_839.jpghttp://img.alibaba.com/img/news/10/00/70/68/1256624124480_us_backyard1_839.jpghttp://img.alibaba.com/img/news/10/00/70/68/1256624124480_us_backyard1_839.jpg


4/23

Proses pengerolan seringkali dibagi menjadi dua kategori berdasarkan

temperatur saat pengerolan dilakukan yaitu cold rolling dan hot rolling. Cold

rolling yaitu proses pengerolan yang dilakukan di bawah temperatur rekistralisasi

suatu logam sedangkan hot rolling merupakan proses pengerolan yang dilakukan

di atas temperatur rekistralisasi logam yang diroll. Keunggulan cold rolling

dibanding hot rolling yaitu dimensi produk akan lebih akurat, permukaan produk

akan lebih halus, dan kekuatan serta kekerasan produk akan

meningkat.Kekurangan dari cold rolling yaitu keuletan produk akan berkurang

dan reduksi maksimum yang dapat dicapai pada cold rolling akan lebih rendah

dibanding dengan hot rolling. Untuk mengatasi hal ini maka dapat dilakukan

annealingpada logam hasil pengerolan tersebut.

Annealing yaitu proses heat treatment pada benda kerja agar sifat

mekaniknya berubah kembali menjadi ulet. Ada 3 tahapan pada proses annealing

yaitu proses rekoveri, rekistralisasi, dan pertumbuhan butir. Rekoveri yaitu

pengembalian sifat mekanis material tanpa perubahan pada struktur mikronya.

Proses rekistralisasi yaitu penggantian struktur mikro pada benda kerja menjadi

butiran-butiran yang bebas regangan. Setelah rekistralisasi terjadi maka efek dari

strain hardening sudah hilang. Apabila benda kerja terus dipanaskan melebihi

temperatur rekistralisasinya maka akan terjadi pertumbuhan butir (grain growth)

menjadi butiran-butiran yang lebih besar.

Suatu logam yang diroll akan mengalami tegangan tekan dari roll dan juga

akan mengalami tegangan geser permukaan akibat gesekan antara benda kerja

dengan roll. Gaya geser ini juga berguna untuk menarik benda kerja menuju roll.

Berikut gambar gaya-gaya yang terjadi saat pengerolan:

Gambar 2 - Gaya-gaya saat proses pengerolan (Dieter, G. E.,Mechanical Metallurgy,hal.594)

Keterangan:

N = neutral point

Pr = gaya radial

F = tangential friction

force

Lp = panjang proyeksi

busur kontak

h0 = tebal benda sebelum

diroll

hf = tebal benda setelah

diroll

R = radius roll

= sudut kontak


5/23

Komponen vertical dari Pr disebut beban pengerolan (rolling load) dan sering

dilambangkan dengan huruf P. Beban pengerolan yaitu gaya penekanan roll

terhadap benda kerja. Tekanan pengerolan (p) yaitu beban pengerolan dibagi

dengan luas area kontak. Area kontak antara logam dengan roll sama dengan

perkalian antara lebar pelat (b) dan panjang proyeksi busur kontak (Lp).

=0 0 24

12 0 12Sehingga tekanan pengerolan dapat didefinisikan sebagai

=

Distribusi tekanan pengerolan sepanjang busur kontak dapat dilihat pada gambarberikut

Gambar 3 - Distribusi tekanan pengerolan sepanjang busur kontak

(Dieter, G. E.,Mechanical Metallurgy,hal.595)

Tekanan naik hingga tekanan terbesar terjadi pada titik netral (neutral point), N, lalu

turun. Titik netral (neutal point) atau titik tanpa slip (no-slip point) yaitu suatu titik pada

benda dan roll pada mana kecepatan permukaan roll sama dengan kecepatan pelat

sehingga tidak terjadi slip. Tekanan terbesar terjadi pada titik ini karena pada titik ini

terjadi reduksi ketebalan terbesar di antara titik-titik kontak lainnya.


6/23

Agar pelat dapat masuk di antara roll tanpa bantuan maka komponen gaya

horizontal dari gaya gesek harus sama dengan atau lebih dari komponen gaya horizontal

dari gaya normal Pr. Kondisi pembatas agar pelat dapat masuk di antara roll tanpabantuan yaitu

cos =sin = sincos = tanNamun =Sehingga = tanBenda kerja dapat masuk ke antara roll apabila koefisien gesek roll dan benda kerja

sama dengan atau lebih dari tangen sudut kontak.

Untuk suatu kondisi dengan koefisien gesek yang sama maka suatu roll dengan

diameter lebih besar akan dapat mengeroll pelat yang lebih tebal dibandingkan roll

dengan diameter yang lebih kecil. Hal ini dikarenakan meskipun sudut kontaknya sama,

panjang proyeksi busur kontak nya akan berbeda. Lpdapat ditulis sebagai

=Pada mana adalah reduksi yang dilakukan dalam proses pengerolan

tan = 2

2

Dari persamaan sebelumnya, tan = Atau =2Faktor-faktor utama yang mempengaruhi proses pengerolan antara lain:

1. Diameter roll

2.

Ketahanan benda kerja terhadap deformasi

3. Gesekan antara roll dan benda kerja

4. Ada atau tidaknyafront tension dan back tension pada bidang pelat

Beban pengerolan merupakan perkalian dari tekanan pengerolan dan area kontak.

Mengabaikan gesekan maka tekanannya adalah tegangan luluh dari material dan area

kontak adalah panjang proyeksi busur kontak dikali dengan lebar pelat logam. Sehingga,


7/23

= =Tegangan luluh pada regangan bidang digunakan ketika tidak ada perubahan pada lebarpelat. Ketika pelebaran terjadi pada pengerolan maka tegangan luluh uniaksial yang

digunakan.

Dengan perhitungan di atas dan dengan beberapa asumsi, antara lain:

1.

Busur kontak sirkular

2. Koefisien gesek konstan pada semua titik kontak

3. Tidak ada pelebaran lateral yang terjadi sehingga pengerolan dapat dianggap

kasusplane strain

4.

Deformasi homogeny5. Kecepatan roll konstan

6. Deformasi elastis dapat diabaikan jika dibandingkan dengan deformasi

plastisnya

7. Kriteria distorsi energi untung yieldingpadaplane strain berlaku.

Maka gaya pengerolan dapat dihitung dengan menggunakan rumus:

= 230 1 ( 1)Dengan =/dan adalah ketebalan rata-rata pelat antara masuk dan keluar roll.Faktor

23muncul karena pengerolan dianggap sebagai kasusplane strainsehingga alirantegangannya merupakan aliran tegangan padaplane strain.

Gaya pengerolan ini dapat dianggap terkonsentrasi pada suatu titik yang berjarak a dari

pusat roll, seperti terlihat pada gambar:

Sehingga akan terjadi torsi sebesar:

=

Dengan demikian, untuk satu putaran dengan dua buah

roll dibutuhkan energi sebesar:

= (2)2Atau daya yang bekerja sebesar

= 460000

()Gambar 4 - Momen pada proses

pengerolan (Dieter, G.

E.,Mechanical Metallurgy,hal.595)


8/23

Pada proses pengerolan akan terjadi beberapa fenomena, antara lain:

1.

Roll FlatteningYaitu peristiwa deformasi elastis pada roll yang menyebabkan bentuk roll berubah

menjadi lebih rata pada bagian yang kontak dengan benda kerja. Hal ini

menyebabkan radius dari roll akan bertambah besar dan gaya pengerolan pun

bertambah.

2. Roll Bending

Yaitu peristiwa deformasi pelastis pada roll yang menyebabkan roll menjadi bengkok

dan tidak paralel lagi. Hal ini akan menyababkan cacat pada produk. Biasanya untuk

mengatasi hal ini maka bentuk roll diberi crownsebaga kompensasi dari deformasi

yang terjadi. Berikut penggambarannya:

Gambar 5 - Deformasi pada roll dan cara mengatasinya (Wikipedia.org)

3. Strain hardening

Yaitu perubahan struktur pada logam akibat terjadi deformasi plastis sehingga

kekuatan dan kekerasan pada logam bertambah, namun logam akan menjadi lebih

getas.

Fenomena-fenomena tersebut akan menyebabkan kecacatan pada produk. Berikut

contoh cacat yang terjadi pada produk:

Gambar 6 - Cacat yang mungkin terjadi pada proses pengerolan

(Dieter, G. E.,Mechanical Metallurgy,hal.595)


9/23

BAB III

DATA PRAKTIKUM

Tanggal : 5 November 2014

Penguji : Rika, Arnold, Robertus, M. Luthfi, Robert, Syahied

Asisten : Dyllon Satria

3.1.Data Uji Tarik

Material : Tembaga (Cu)

Lo= 141,456 mm Tanneal = 700-1200F

A= 64.05 mm2

P

(N)

(mm)

(N/mm

2)

e

(mm/mm)

1+e

(mm/mm)

(N/mm2)

(mm/mm)

15900 3 248.24 0.0212 1.0212 253.51 0.0210

15940 3.5 248.87 0.0247 1.0247 255.03 0.0244

16360 4 255.43 0.0282 1.0282 262.65 0.0279

16420 4.5 256.36 0.0318 1.0318 264.52 0.0313

3.2.Kurva Uji Tarik

y = 397.19x0.1171

0

50

100

150

200

250

300

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05

Stress(N/mm2)

Strain (mm/mm)

Engineering Stress-strain

True Stress-strain

Linear (Engineering

Stress-strain)

Power (True Stress-strain)


10/23

3.3.Kurva Uji Tarik Cu Bahan Roll

0

50

100

150

200

250

300

0 0.02 0.04 0.06 0.08

Stress(N/mm2)

Strain (mm/mm)

Engineering

"True"


11/23

3.4.Kurva Kalibrasi Load Cell

Dari kurva didapat hubungan:

() = 0.0004 + 0.00463.5.Data Kekerasan Mikro

Reduksi RHE1 RHE2

0 71 74

1 (25%) 74 80

2 (50%) 85 86

3 (75%) 87 90

y = 0.0004x + 0.0046

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0 500 1000

Load(N)

Volt (mV)

Kurva Voltase dan Gaya

Pengerolan

Volt-load

Linear (Volt-

load)


12/23

3.6.Pengukuran dan Perhitungan Parameter Pengerolan Pelat


13/23

3.7.Kurva Hubungan Voltase dan Gaya Pengerolan

3.8.Kurva Hubungan Tahap Reduksi dan Energi yang Dibutuhkan

y = 0.0004x + 0.0046

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0.45

0 200 400 600 800 1000

Load(N)

Volt (mV)

Kurva Voltase dan Gaya Pengerolan

Volt-load

Linear (Volt-load)

0.0000

20.0000

40.0000

60.0000

80.0000

100.0000

120.0000

0% 20% 40% 60% 80%

Energi(J)

Tahap Reduksi

Kurva Tahap Reduksi dan Energi

Pengukuran

Perhitungan


14/23

3.9.Kurva Kekerasan Mikro Terhadap Regangan

3.10. Foto-foto proses

Gambar 7 -Foto Proses Pengerolan

3.11. Gambar Struktur Mikro

Gambar 8 - Struktur Mikro Produk Pengerolan. Dari kiri ke kanan, reduksi 25%, 50%, 75%, dan

setelah proses annealing

0

20

40

60

80

100

0 0.5 1 1.5

Kekerasan(HRE)

Regangan

Kurva Hubungan Kekerasan danRegangan

Regangan


15/23

3.12. Foto-foto hasil proses

Gambar 9 - Foto Hasil Pengerolan. Dari atas ke bawah, reduksi 25%, 50%, dan 75%


16/23

BAB IV

ANALISIS DATA

Dari kurva uji tarik pada bagian 3.2 dapat didapatkan hubungan antara true

stress dan true strain. Caranya adalah dengan melakukan curve fitting

menggunakan persamaan pangkat (memenuhi persamaan =) . Didapatlahpersamaan:

= 397.19

0.1171

Sehingga harga K=397.19 dan n=0.1171. Harga K dan n dari literatur (Dieter)

yaitu K=320 dan n=0.54. Harga yang didapat ini cukup berbeda jauh apalagi pada

harga n. Hal ini kemungkinan disebabkan oleh material tembaga yang diuji

tidaklah sama dengan tembaga yang digunakan pada literatur. Hal lain yang

memungkinkan hal ini yaitu pada literatur tembaga yang digunakan sudah

mengalami annelingsedangkan tembaga yang digunakan pada uji tarik mungkin

tidak mengalami annealing sehingga pada material tersebut sudah mengalami

strain hardening.

Gaya hasil perhitungan dan pengukuran jauh berbeda (rata-rata 2 kalilipat). Hal ini dikarenaka yang ditunjukkan pada adalah gaya yang dibutuhkan

untuk deformasi total karena pada proses pengerolan sebelum terjadi deformasi

plastis akan terlebih dahulu terjadi deformasi elastis yang juga membutuhkan

gaya. Pada pengukuran hanya diperhitungkan gaya yang dibutuhkan untuk

melakukan deformasi plastis saja. Selain hal ini, pada perhitungan tidak

diperhitungkan adanya back tension danfront tensionsedangkan pada praktiknya

kedua gaya ini ada pada proses pengerolan.

Kekerasan benda kerja terus bertambah seiring pertambahan reduksi. Hal

ini dikarenakan peristiwa strain hardening yang menyebabkan kekerasan dankekuatannya bertambah. Pada beberapa pengukuran didapat harga yang lebih

rendah daripada sebelum pengerolan. Hal ini dikarenakan kesalahan penyetelan

alat uji dan titik uji yang tidak baik.

Dapat dilihat juga bahwa semakin besar reduksi maka energi yang

dibutuhkan untuk melakukan pengerolan makin tinggi. Hal ini dikarenakan

material semakin keras sehingga untuk reduksi yang sama akan dibutuhkan gaya

dan energi yang lebih besar . Dari kurva hubungan antara tahap reduksi dan energi

yang dibutuhkan dapat dilihat juga bahwa akan terdapat batas atas pada mana

energi yang dibutuhkan untuk suatu reduksi tidak akan bertambah lagi. Hal ini


17/23

dikarenakan pada benda kerja sudah terjadi strain hardeningmaksimal dan benda

tidak dapat menjadi lebih keras dan kuat lagi.

Dari gambar struktur mikro benda kerja dapat dilihat dengan jelas

peristiwa strain hardening yang terjadi pada proses pengerolan. Struktur mikro

benda kerja semakin pipih. Hal ini menyebabkan kekuatan dan kekerasan benda

meningkat tetapi keuletannya menurun. Setelah dilakukan proses annealingdapat

dilihat struktur mikro benda kembali ke asalnya. Hal ini menyebabkan efek-efek

dari strain hardeninghilang.


18/23

BAB V

SIMPULAN DAN SARAN

5.1.Simpulan

Dari praktikum ini dapat disimpulkan:

1. Gaya-gaya yang bekerja pada proses pengerolan dapat dilihat pada bab II.

2. Parameter proses pengerolan antara lain:

a. Diameter roll

b.

Ada atau tidaknya back tension dan front tensionc. Gesekan antara benda kerja dan roll

d. Ketahanan benda kerja terhadap deformasi

3. Asumsi-asumsi yang digunakan dalam menurunkan persamaan gaya

pengerolan dapat dilihat pada bab II

4. Fenomena-fenomena yang terjadi pada proses pengerolan dapat dilihat

pada bab II

5. Tahapan proses pengerolan antara lain:

a. Menyiapkan benda kerja

b.

Menentukan reduksi yang ingin dilakukan

6. Perubahan sifat mekanik yang terjadi akibat proses pengerolan yaitu benda

kaan semakin keras dan kuat namun semakin getas. Hal ini dikarenakan

peristiwa strain hardening.

5.2.Saran

1. Mohon divariasikan kecepatan roll dan hasil pengerolan.

2. Mohon data yang diberikan pada uji tarik lebih lengkap lagi.


19/23

DAFTAR PUSTAKA

Dieter G.E.Mechanical Metalurgy. SI Metric Edition. Edisi ke-4

Callister, William D.Materials Science And Engineering An Introduction, Edisi

ke-6, John Willey & Son Inc.


20/23

LAMPIRAN

Tugas Setelah Praktikum

1. Jelaskan mengapa plat hasil pengerolan sering tidak lurus dan tebalnya tidak

seragam!

Karena tidak mungkin suatu material bersifat homogeny sehingga perubahan panjang

atau elongasinya pun akan sulit untuk seragam. Hal lain yang menyebabkan hal ini

yaitu pasti akan terjadi deformasi pada roll yang menyebabkan deformasi pada benda

kerja juga berubah. Yang menyebabkan tebal pelat tidak seragam adalah deformasi

roll dan ketidak sejajaran roll.

2.

Jelaskan prinsip pengukuran gaya pengerolan pada praktikum ini. Gambarkan skemaalat, tunjukkan pula kemungkinan-kemungkinan keslahan pengukuran dengan alat

ini!

Gaya diukur dengan load cell pada roll yang memberi keluaran mV. Keluaran ini

dikalibrasi dengan beban tertentu.

Transducer -> Amplifier -> Recorder

Kesalahan yang mungkin terjadi yaitu apabila penempatan load cell tidak baik maka

gaya yang diukur bukanlah gaya sebenaranya. Kesalahan lainnya yaitu apabila

sensitivitas dari masing-masing alat tidak baik maka hasil yang terukur tidak akan

benar.

3. Pada table IV.3 ditunjukkan bahwa beban pengerolan P harganya dua kali beban

terukur R. Jelaskan mengapa demikian dan asumsi apa yang digunakan!

Karena pada pengerolan menggunakan 2 buah roll. Asumsinya gaya pada ke-2 roll

tersebut sama besar.

4. Tunjukkan dan jelaskan perbedaan struktur mikro dan sifat mekanik antara plat awal,

plat yang telah mengalami proses cold rolling dan plat yang telah mengalami proses

annealing!

Dari gambar struktur mikro benda kerja (kiri-kanan : 25%, 50%, 75%,

annealing) dapat dilihat dengan jelas peristiwa strain hardening yang terjadi

pada proses pengerolan. Struktur mikro benda kerja semakin pipih. Hal ini

menyebabkan kekuatan dan kekerasan benda meningkat tetapi keuletannya

menurun. Setelah dilakukan proses annealing dapat dilihat struktur mikro

benda kembali ke asalnya. Hal ini menyebabkan efek-efek dari strain

hardeninghilang.


21/23

5. Menurut perkiraan saudara, adakah pengaruh kecepatan pengerolan terhadap daya

dan gaya pada proses cold rolling? Bagaimana halnya dengan hot rolling?

Tidak ada pengaruhnya pada gaya. Namun dengan kecepatan yang tinggi maka dayaakan semakin tinggi pula. Sama saja antara cold rolling dan hot rolling.


22/23

Rangkuman Praktikum

Proses pengerolan adalah proses deformasi plastis pada logam dengan cara

melewatkan logam tersebut di antara roll. Proses ini banyak digunakan dalam

pengerjaan suatu logam karena dapat memproduksi dalam jumlah banyak dalam

waktu singkat.

Proses pengerolan seringkali dibagi menjadi dua kategori berdasarkan

temperatur saat pengerolan dilakukan yaitu cold rolling dan hot rolling. Cold

rolling yaitu proses pengerolan yang dilakukan di bawah temperatur rekistralisasi

suatu logam sedangkan hot rolling merupakan proses pengerolan yang dilakukan

di atas temperatur rekistralisasi logam yang diroll. Keunggulan cold rolling

dibanding hot rolling yaitu dimensi produk akan lebih akurat, permukaan produk

akan lebih halus, dan kekuatan serta kekerasan produk akan

meningkat.Kekurangan dari cold rolling yaitu keuletan produk akan berkurang

dan reduksi maksimum yang dapat dicapai pada cold rolling akan lebih rendah

dibanding dengan hot rolling. Untuk mengatasi hal ini maka dapat dilakukan

annealingpada logam hasil pengerolan tersebut.

Annealing yaitu proses heat treatment pada benda kerja agar sifat

mekaniknya berubah kembali menjadi ulet. Ada 3 tahapan pada proses annealing

yaitu proses rekoveri, rekistralisasi, dan pertumbuhan butir. Rekoveri yaitupengembalian sifat mekanis material tanpa perubahan pada struktur mikronya.

Proses rekistralisasi yaitu penggantian struktur mikro pada benda kerja menjadi

butiran-butiran yang bebas regangan. Setelah rekistralisasi terjadi maka efek dari

strain hardening sudah hilang. Apabila benda kerja terus dipanaskan melebihi

temperatur rekistralisasinya maka akan terjadi pertumbuhan butir (grain growth)

menjadi butiran-butiran yang lebih besar.

Suatu logam yang diroll akan mengalami tegangan tekan dari roll dan juga

akan mengalami tegangan geser permukaan akibat gesekan antara benda kerja

dengan roll. Gaya geser ini juga berguna untuk menarik benda kerja menuju roll.Berikut gambar gaya-gaya yang terjadi saat pengerolan:


23/23

Faktor-faktor utama yang mempengaruhi proses pengerolan antara lain:

1. Diameter roll

2. Ketahanan benda kerja terhadap deformasi

3. Gesekan antara roll dan benda kerja

4.

Ada atau tidaknyafront tension dan back tension pada bidang pelat

Keterangan:

N = neutral point

Pr = gaya radialF = tangential friction

force

Lp = panjang proyeksi

busur kontak

h0 = tebal benda sebelum

diroll

hf = tebal benda setelah

diroll

R = radius roll

= sudut kontak

Laporan Modul C - Rolling

Documents

Transcript of Laporan Modul C - Rolling