MESIN TEMPA

MK PERBENGKELAN PERTANIANPertemuan 3

Sri Hartuti

Penempaan adalah proses dasar dimana benda kerja

dibentuk dengan daya tekan yang diterapkan melalui

berbagai alat dan cetakan. Kerja tempa merupakan

salah satu pengerjaan logam yang penting dan tertua,

dimulai paling tidak sejak 4000 SM. Penempaan

pertama digunakan untuk membuat perhiasan, koin

dan berbagai alat dengan memukul logam dengan alat

yang dibuat dengan batu.

Pengertian

Menempa merupakan salah satu proses

pembentukan benda kerja yang dilakukan  dalam kondisi panas. Panas yang dimaksudkan adalah sebelum dilakukan proses pembentukan, benda logam dipanaskan terlebih dahulu sampai mencapai tempratur tempa yang diinginkan.

Proses penempaan bahan logam ini dilakukan dengan menggunakan peralatan pengepres/pukul dan penahan atau landasan/anvil.

LANJUTAN

Penerapan proses penempaan di industri biasanya digunakan untuk

pembuatan komponen yang menggunakan bahan baku pejal dengan bentuk profil kombinasi.

Penempaan yang sering dilakukan pada industri rumah tangga di daerah umumnya dilakukan untuk proses pembuatan alat-alat pertanian seperti parang, cangkul, sabit, bajak, kampak dan sebagainya.

Proses penempaan untuk pembuatan alat-alat pertanian ini diikuti dengan proses Quenching atau pendinginan cepat. Proses quenching ini bertujuan untuk memberikan kekerasan permukaan benda pada daerah yang didinginkan cepat. 

Hal ini diaplikasikan untuk pengerasan permukaan mata parang, mata cangkul, mata sabit, dimana bagian alat-alat yang tajam ini menjadi lebih keras. Bagian yang tajam akan memberikan permukaan yang keras dan bagian alat yang belakang berbentuk tebal dan tidak diquenching, sehingga alat-alat pertanian yang dihasilkan memiliki sifat kombinasi keras dan liat sesuai dengan kebutuhan petani.

Pekerjaan Menempa

Keuntungan kerja tempa adalah logam dalam keadaan panas

bersifat lunak dan mudah di bentuk tumbukan dan tekanan tanpa merusak sifat logam itu sendiri.

Benda-benda yang sama yang di tempa lebih kuat dari pada yang di kerjakan dengan mesin. Kerja mesin memotong serat-serat logam, sedangkan dengan kerja tempa serat logam mengikuti bentuk benda .

Bentuk-bentuk kerja yang rumit dapat di produksi lebih mudah dan murah dari pada dengan kerja mesin.

Pembentukan yang dilakukan dengan penempaan, tidak terjadi pemotongan, maka jumlah logam yang hilang atau terbuang akan lebih sedikit.   

Keuntungan kerja tempa

Temperatur tempa yang terlalu tinggi akan

menyebabkan oksidasi sehingga benda kerja akan cepat mencair.

Ukuran yang tepat/teliti sulit untuk di capai.

Kekurangan kerja tempa

Dapur pemanas atau dapur tempa berfungsi untuk memanaskan

benda kerja sampai temperatur tertentu sesuai dengan jenis benda kerja yang akan ditempa. 

Proses pemanasan di dapur tempa ini menggunakan bahan bakar arang kayu atau batu bara. Proses pembakaran berlangsung di dalam tempat pembakaran dimana bahan bakar arang atau batu bara dibakar dengan menambah hembusan udara yang dihasilkan dari blower (penghembus). Aliran udara ini diharapkan dapat mempercepat proses pembakaran arang kayu atau batu bara. Aliran udara ini di salurkan melalui lobang aliran yang langsung bersentuhan dengan bahan bakar. Dapur pemanas ini dilengkapi dengan bagian-bagian utama diantaranya tempat pembakar, motor listrik dan blower, air pendingin, cerobong asap.

Dapur pemanas

Proses pengerjaan panas merupakan proses pembentukan yang dilakukan

pada daerah di atas temperatur rekristalisasi (temperatur tinggi) logam yang diproses.

Dalam proses deformasi pada temperatur tinggi terjadi peristiwa pelunakan yang terus menerus. 

Akibat kongkritnya adalah bahwa logam akan mengalami perobahan sifat menjadi lebih lunak pada temperatur tinggi, kenyataan inilah yang membawa keuntungan-keuntungan pada proses pengerjaan panas, yaitu deformasi yang diberikan kepada benda kerja menjadi lebih relatif besar.

Kondisi ini karena sifat lunak dan sifat ulet, sehingga gaya pembentukan yang dibutuhkan relatif kecil, serta benda kerja mampu menerima perubahan bentuk yang besar tanpa mengalami retak.

Karena keuntungan itulah proses pengerjaan panas biasanya digunakan pada proses-proses pembentukan primer yang dapat memberikan deformasi yang besar, misalnya: proses pengerolan panas, tempa dan ekstrusi.

Proses Pengerjaan Panas

Pada temperatur tinggi logam bersifat lunak dan ulet, sehingga gaya

pembentukan yang dibutuhkan menjadi relatif lebih kecil. Deformasi yang dapat diberikan dari pemanasan ini adalah relatif lebih

besar. Terjadinya perbaikan struktur mikro pada logam yang

dideformasi pada temperatur tinggi.Pemberian struktur mikrro ini terjadi pada pemanasan benda kerja (sebelum proses deformasi) serta pada saat dideformasi. Seperti diketahui bahwa benda coran mempunyai berbagai kelemahan atau kekurangan. Selama proses pembekuan kemungkinan besar terjadi segregasi, yaitu tidak homogennya komposisi kimia. Segregasi balok ini dapat berupa segregasi mikro maupun segregasi blok. Selanjutnya pada benda coran biasanya terdapat struktur pilar (columbar structure) yang bersifat rapuh. Inklusi yang mengelompok dan relatif besar ukurannya sering pula dijumpai pada benda coran. Selain itu banyak pula dijumpai cacat rongga.

Sifat Logam Pada Temperatur Tinggi

Segregasi dapat berkurang dengan adanya pemanasan.

Pada temperatur tinggi peristiwa difusi akan mudah berlangsung, sehingga efeknya akan lebih menghomogenkan komposisi kimia. Proses pemanasan untuk mengurangi segregasi ini dinamai proses homofenisasi. Pada waktu deformasi panas, struktur pilar akan berubah menjadi butir yang equiaxial dan halus. Inklusi yang mengelompok akan terpecah dan tersebar . Cacat rongga akan menutup dan mengatur sebagai akibat deformasi pada temperatur tinggi khususnya bila dikenai tegangan tekan. Peristiwa penyatuan ini adalah mirip dengan proses las tempa (forging welding). Kesemuanya ini akan memperbaiki sifat-sifat mekanik logam. Benda coran, misalnya baja cor dalam bentuk ingot ataupun billet akan menjadi lebih baik sifatnya bila telah dibentuk dengan pengerjaan panas. Misalnya menjadi baja profil melalui proses pengerolan panas.

Sifat Logam Pada Temperatur Tinggi

Klasifikasi Tempa

Tempa panas atau hangatProses pembentukan yang dilakukan pada daerah temperatur rekristalisasi logam yang diproses.

Keuntungannya: bahwa deformasi yang diberikan kepada benda kerja dapat relatif besar, hal ini dikarenakan sifat lunak dan sifat ulet pada benda kerja, sehingga gaya pembentukan yang dibutuhkan relative kecil, serta benda kerja mampu menerima perubahan bentuk yang besar tanpa retak..

Tempa dinginProses pembentukan yang dilakukan pada daerah temperatur dibawah temperatur rekristalisasi, pada umumnya pengerjaan dingin dilakukan pada suhu kamar, atau tanpa pemanasan. Pada kondisi ini, logam yang dideformasi terjadi peristiwa pengerasan regangan. Logam akan bersifat makin keras dan makin kuat, tetapi makin getas bila mengalami deformasi, bila dipaksakan adanya suatu perubahan bentuk yang besar, maka benda kerja akan retak akibat sifat getasnya. Keunggulannya: kondisi permukaan benda kerja yang lebih baik dari pada yang diproses dengan pengerjaan panas, hal ini dikarenakan tidak adanya proses pemanasan yang dapat menimbulkan kerak pada permukaan. Contoh, proses penarikan kawat, dan pembentukan pelat.

Penempaan palu

Pada proses penempaan ini logam yang dipanaskan ditempa dengan mesin tempa uap diantara perkakas tangan atau die datar.

Penempaan timpaProsesnya sama seperti Penempaan Palu, hanya berbeda pada Die nya saja

Penempaan tekanPada penempaan tekan, deformasi plastik logam melalui penekanan berlangsung dengan lambat, yang berbeda dengan impak palu yang berlangsung dengan cepat. Umumnya mesin tempa tekan berbentuk simetris dengan permukaan die yang halus sehingga toleransi lebih ketat.

Penempaan upsetPada penempaan upset batang berpenampang rata dijepit dalam die dan ujung yang dipanaskan ditekan sehingga mengalami perubahan bentuk.

Penempaan rollBatang bulat yang pendek dikecilkan penampangnya atau dibentuk tirus dengan mesin tempa rol.

Proses Penempaan

Adapun berbagai proses penempaan yang lain adalah seperti dibawah ini:

1. Coining adalah proses penempaan dari cetakan tertutup yang penting yang

mana yang khusus mencetak dalam mencetak uang logam, medali dan

perhiasan.

2. Heading adalah pengoperasian upsetting, biasanya dilakukan dari putaran

akhir pada batang atau kawat dengan tujuan untuk meningkatkan sayatan

melintang. Misalnya seperti paku, baut, skrup, paku keeling dan pengikat

yang lain.

3. Piercing adalah proses indentasi permukaan benda kerja (tetapi tidak

mematahkan) dengan memukul bertujuan untuk menghasilkan rongga atau

cetakan.

4. Hubbing adalah proses ini terdiri dari penekanan dengan ujung geometri

tertentu kedalam permukaan balok logam . rongga/ lubang yang di produksi

digunakan sebagai cetakan sebagai cetakan untuk proses pembentukan,

seperti yang terjadi pada pembuatan barang pecah belah.

5. Orbital forging adalah proses ini dimana cetakan yang lebih tinggi bergerak sepanjang jalur orbit dan membentuk sebagian sebagai tambahan. Proses sama dengan mortal dan alu yang digunakan untuk menghancurkan rumput dan biji. Walaupun tidak umum digunakan komponen khusus yang dapat ditempa dengan proses ini bentuk cakram dan bentuk kerucut seperti roda gigi.

6. Incremental Forging adalah dalam proses ini cetakan ditempa dengan alat kedalam bentuk dengan alat yang berbentuk cetakan dalam beberapa langkah.

7. Isothermal Forging adalah penempanan cetakan panas, cetakan dalam proses ini dipanasi pada suhu yang sama seperti pada benda kerja.

8. Rotary swaging adalah dikenal sebagai penempaan radial, putaran padat disubjekkan pada kekuatan radial dengan mengatur cetakan dari mesin. Pergerakan cetakan didapatkan dengan satuan gulungan dalam wadah dari tindakan yang sama pada gulungan yang ada.

9. Tube swaging adalah dalam proses ini, ketebalan pipa yang dikurangi dengan menggunakan batang internal.

10.Forgeabilitas logam adalah ditentukan sebagai kapabilitas dari suatu bahan untuk menjalani deformasi tanpa kerusakan.

Open die ( cetakan terbuka) Close Die (cetakan tertutup ) Blocker Konvensional Ketelitian

Karakteristik Umum Proses Penempaan

Karakteristik Umum Proses Penempaan

Proses Keuntungan BatasanOpen die

( cetakan

terbuka)

Alat cetek sederhana dan

murah, ukuran lebar,

karakteristik kekuatan

baik, biasanya untuk

jumlah kecil

Terbatas untuk bentuk

sederhana, sulit untuk

menahan daya tahan dekat,

pengolahan dengan mesin

untuk bentuk akhir

diperlukan, tingkat produksi

rendah, relative kurang

dalam penggunaan materi,

tingkat keterampilan yang

tinggi diperlukan.

Close Die

(cetakan tertutup

)

Penggunaan bahan relative

baik, biasanya sifatnya

lebih baik dari penempaan

open die, keakuratan

dimensi baik, tingkat

produksi tinggi dan

kemampuan untuk

diproduksi lagi tinggi.

Biaya cetakan tinggi, tidak

ekonomis, untuk kuantitas

kecil, mesin sering

diperlukan.

Blocker Biaya cetakan rendah,

sedangkan biaya produksi

tinggi.

Mesin untuk bentuk akhir

diperlukan, bagian dengan

jaringan tebal dan potongan

besar.

Konvensional Membutuhkan jauh lebih

sedikit mesin

dibandingkan jenis

blocker, tingkat produksi

tinggi, penggunaan materi

baik.

Biaya cetakan lebih tinggi

dibandingkan jenis blocker.

Ketelitian Toleransi dimensi dekat,

jaringan sangat kecil,

mesin biasanya tidak

perlu, sangat baik dalam

penggunaan materi.

Kekuatan tempaan tinggi,

cetakan rumit, dan

perlengkapan untuk

melepas tempaan cetakan.

Proses Keuntungan Batasan

Lanjutan

Perbedaan antara penempaan dengan cetakan terbuka dan cetakan tertutup

Penempaan dengan cetakan terbuka, dilakukan diantara dua cetakan datar atau cetakan yang bentuknya sangat sederhana. Penempaan cetakan terbuka digunakan pada pembentukan awal benda kerja untuk penempaan cetakan tertutup.

Penempaan dengan cetakan tertutup, benda kerja dibentuk diantara dua pasang cetakan yang akan menghasilkan bentuk akhir yang diinginkan. Benda kerja dibentuk dibawah tekanan tinggi dalam suatu rongga tertutup, dan demikian dapat dihasilkan produk yang mempunyai dimensi yang ketat. Pada penempaan cetakan tertutup, semula bilet-bilet tempa diatur pinggirannya agar dapat diletakkan di tempat yang tepat untuk proses penenmpaan berikutnya

Fullering Merupakan operasi tempa yang dilakukan untuk mengurangi bagian melintang dan mendistribusikan benda kerja sebagai persiapan penempaan bentuk yang berikutnya. Permukaan cetakan berbertuk cembung. Ruang antara kedua cetakan (cavity) sering didesai dengan berbagai jarak sedemikian rupa sehingga operasi diawali dengan pembentukan kasar sebelum pembentukan akhir. EdgingYaitu hampir sama dengan fullering hanya saja bentuk permukaan cetakan berbentuk cekung.

Bentuk-Bentuk Yang Dihasilkan Dalam Operasi Tempa Cetakan Terbuka

CoggingMerupakan operasi tempa yang dilakukan berturut-turut sepanjang benda kerja untuk mengurangi permukaan melintang dan penambahan panjangnya. Cogging banyak digunakan dalan industri baja berbentuk ingot hasil pengecoran menjadi bloom dan slab. Biasanya digunakan open die yang datar atau dengan permukaan sedikit berkountor. Proses ini sering disebut dengan incremental forging.

lanjutan

Sebagai tambahan pada permukaan yang retak

selama penempaan, kerusakan lainnya juga dapat berkembang sebagai akibat dari pola aliran dalam cetakan. Kerusakan penempaan dapat menyebabkan kegagalan pekerjaan dan juga dapat mendorong pada permasalahan lain seperti korosi dan masalah selama penggunaan komponen yang ditempa.

Kerusakan penempaan dapat menyebabkan kegagalan pekerjaan

Kerusakan Penempaan

Mesin Penempaan

Gambar 3. Mesin Tempa Impak

Proses pembuatan rencong di Aceh Besar

Tugas

Berikan contoh-contoh benda yang dikerjakan dengan proses tempa dingin dan tempa panas serta jelaskan proses pengerjaannya.