PELUMASAN

Pada proses manufaktur, permukaan antara peralatan (tools), cetakan (dies) dan benda kerja biasanya mengalami berbagai macam keadaan. Secara garis besar antara lain:a. Tekanan kontak, bervariasi mulai dari tekanan pada kondisi elastis hingga

beberapa kali lipat tegangan luluh benda kerja.b. Kecepatan relatif, bervariasi mulai dari sangat lambat hingga sangat cepat.c. Suhu proses, dapat barvariasi mulai dari sama dengan suhu ruangan hingga

mendekati suhu leleh.Jika dua permukaan yang saling berhadapan pada kondisi seperti di atas,

tanpa lapisan pelindung pada antar mukanya, gesekan dan keausan akan menjadi sangat tinggi. Untuk mengurangi gesekan dan keausan, permukaan-permukaan tersebut harus dijaga agar terdapat jarak diantaranya. Hal ini biasanya dilakukan dengan pelumas pengerjaan logam, yang dapat berupa padat, semi padat, atau cair.

Pelumas pada pengerjaan logam baik cair atau padat tidak terbatas pada sifat-sifat fisik tertentu saja, melainkan juga sifat-sifat kimianya yang dapat bereaksi permukaan peralatan, cetakan, dan benda kerja dan mengubah sifat-sifat fisisnya.

Jenis-jenis pelumasanTerdapat empat jenis mekanisme pelumasan, yaitu:a. Lapisan film tebal: Permukaan-permukaan seluruhnya dipisahkan oleh lapisan

fluida yang tebalnya lebih besar satu orde daripada besarnya kekasaran permukaan. Jadi tidak ada kontak logam diantara permukaan.

b. Lapisan film tipis: permukaan saling sedikit bergesekan karena lapisan fluida lebih tipis. Pada kondisi ini terjadi sedikit gesekan dan keausan.

c. Pelumasan campuran: pada kondisi ini, sebagian besar beban ditahan oleh kontak antar logam dan sisanya beban ditahan oleh lapisan film fluida yang terdapat pada kantong-kantong permukaan logam.

d. Pelumasan lapis batas: di sini beban ditumpu oleh kontak antar permukaan yang ditutupi oleh lapisan batas.

Pelumas-pelumas pada proses pengerjaan logamPelumas pada proses pengerjaan logam dapat diklasifikasikan ke dalam

bermacam-macam kategori. Pelumas yang paling umum adalah minyak (oils), emulsi, larutan sintetis, greases, sabun dan wax, pelumas padat, dan kaca. Pelumas juga dapat diklasifikasikan atas: cair, semi padat, dan padat.

1. MinyakMinyak mempunyai daya lapis yang kuat pada permukaan logam, sebagai

contoh: sulit untuk membersihkan permukaan yang berminyak. Meskipun efektif mengurangi gesekan dan keausan, minyak memiliki kunduktifitas termal dan panas jenis yang rendah. Sehingga minyak tidak efektif dalam membuang panas yang timbul akibat gesekan dan deformasi plastis.Taebl 1. Sifat-sifat termal beberapa fluida pada suhu ruangan.

FluidaPanas jenis Konduktivitas panas

BTU/lb . 0F kJ/kg . 0C BTU/hr . ft . 0F W/m . 0CAir 1,0 4,19 0,35 0,60Etil Alkohol 0,58 2,43 0,105 0,18Minyak Castor 0,43 1,80 0,104 0,18Carbon tetrachloride 0,20 0,84 0,107 0,19

Selain itu, minyak sulit untuk dibuang setelah dipakai. Di samping itu, minyak juga sulit dihilangkan dari permukaan komponen yang mungkin akan langsung di cat atau di las.

Sumber dari pelumas minyak adalah mineral (dari tambang), hewan (animal), tumbuhan, dan ikan. Minyak dapat dicampur dengan bermacam aditif atau dengan jenis minayk lain untuk memperoleh sifat-sifat khusus, seperti perilaku viskositas-suhu, tegangan permukaan, ketahanan panas, dan karakteristik lapis batas. Minyak mineral, dengan atau tanpa penambah (fillers) yang tidak diencerkan dengan air disebut minyak murni.

Salah satu pelumas yang penting adalah minyak mineral dengan aditif sulfur atau klorin yang dikenal sebagai extreme-pressure (EP) dan dapat digunakan secara tunggal maupun kombinasi. Minyak ini juga dikenal sebagai minyak bersulfur atau minyak berklorin (sulfurized atau chlorinated oils). Pelumas ini bereaksi dengan permukaan logam dan membentuk lapisan film logam sulfida atau klorida. Lapisan film ini memiliki tegangan geser yang rendah dan sifat anti lengket (anti-weld) yang bagus. Tetapi, pelumas ini rusak pada suhu tertentu yang timbul pada antar muka logam. Fosfor adalah jenis aditif lain dalam kategori ini, namun tidak seefektif sulfur dan klorin dan lapisan film sudah rusak pada suhu rendah.

Aditif lain pada minyak mineral adalah minyak binatang atau tumbuhan dan lemak. Aditif ini meningkatkan pelumasan dengan membentuk lapisan sabun logam pada permukaan, sehingga mengurangi gesekan.

Permukaan-permukaan baru secara kontinyu terbentuk pada operasi pengerjaan logam yang berkaitan dengan deformasi plastis. Permukaan-permukaan baru ini sangat mudah menerima reaksi kimia terutama pada suhu tinggi. Jadi lapisan film pelindung seperti sulfida, klorida dan sabun-sabun metalik dapat terbentuk permukaan dengan relatif mudah. Pembentukan lapisan ini juga bergantung pada komposisi kimia bahan peralatan, cetakan, benda kerja.

Dalam pemilihan minyak sebagai pelumas, hal yang pernting untuk diperhatikan adalah hubungan viskositas–suhu–tekanan. Suhu dan tekanan pada pengerjaan logam dapat sangat bervariasi, tidak saja dari proses ke proses dari bahan ke bahan, tapi juga pada perbedaan lokasi/letak benda kerja selama proses berlangsung. Penurunan viskositas pelumas dapat sangat merugikan terhadap gesekan dan keausan. Hal ini menjadi sangat penting karena kenyataannya pada sebagian besar proses pengerjaan logam, selain tekanan yang rendah atau kecepatan proses yang tinggi, hidrodinamika atau lapisan film pelumas jarang diperhatikan.

2. EmulsiEmulsi adalah campuran dua cairan yang tidak dapat saling menyatu

(immiscible liquid). Pada pengerjaan logam, pelumas emulsi umumnya merupakan campuran air dan minyak. Tyerdapat dua jenis emulsi, yaitu: emulsi langsung dan tak langsung. Pada Emulsi langsung, butiran kecil minyak (small droplets) mineral tersebar dalam air. Sedang pada emulsi tak langsung butiran kecil air tersebar dalam minyak mineral.

Emulsi langsung merupakan fluida penting pada pengerjaan logam, terutama pada proses pemesinan dengan kecepatan tinggi, karena kapasitas pendinginannya tinggi (karena jumlah air dalam emulsi langsung lebih banyak). Sebagai pelumas, emulsi tidak seefektif minyak.

3. Larutan SintetisLarutan sintetis merupakan fluida kimiawi yang mengandung bermacam-

macam bahan kimia inorganik yang dilarutkan dalam air. Beberapa bahan kimia

tertentu juga ditambahkan untuk memperoleh sifat-sifat tertentu. Larutan semi sintetis pada dasarnya adalah larutan sintetis yang ditambahkan sejumlah kecil minyak yang emulsifiable sehungga sifat-sifat pelumasannya lebih bagus daripada larutan sintetis.

4. Greases, Sabun, dan WaxGrease adalah pelumas padat atau semipadat dan umumnya terbuat dari

sabun, minyak mineral, dan bermacam-macam bahan tambah serta aditif. Pelumas ini melekat kuat pada permukaan logam dan sangat kental (highly viscous). Viskositasnya tergantung pada laju geseran antar permukaan logam. Meskipun banyak digunakan secara luas untuk melumasi komponen-komponen mesin, grease mempunyai keterbatasan penggunaan dalam proses pengerjaan logam.

Sabun umumnya merupakan hasil reaksi dari garam sodium atau potassioum dengan asam lemak (fatty acids). Sabun alkali larut dalam air, tapi sabun logam umumnya tidak larut. Sabun logam biasa digunakan dalam bermacam-macam proses pengerjaan logam. Jenis pelumas ini merupakan pelumas lapis batas yang efektif dan dapat membentuk lapisan film tebal (thcik-film layers) pada antar muka cetakan dengan benda kerja, terutama ketika digunakan diatas pelumas lapisan konversi.

Wax dapat terbuat dari tanaman (paraffin) atau binatang. Wax memiliki struktur yang lebih kompleks. Dibandingkan dengan grease, wax kurang “greasy” dan lebih getas. Wax mempunyai keterbatasan dalam proses pengerjaan logam, kecuali untuk pengerjaan dingin tembaga dan untuk baja tahan karat dan paduan suhu tinggi.

5. Pelumas PadatPelumas padat yang paling umum adalah grafit, molybdenum disulfida,

kaca dan lapisan film polymerika. Grafit

Grafit adalah bentuk kristalin dari karbon dan memiliki struktur berlapis (lamellar). Grafit lemah terhadap geseran searah dengan lapisannya dan memiliki koefisien gesek yang rendah pada arah tersebut. Sehingga dapat digunakan sebagai pelumas padat yang baik. Tapi, gesekan grafit akan rendah hanya jika terdapat oksigen atau uap air. Dalam lingkungan vakum atau gas inert, gesekan grafit sangat tinggi, bahkan dapat menjadi sangat abrasif. Efek ini lebih nampak pada suhu ruangan daripada suhu tinggi.Grafit dapat digunakan dengan menggosokkan (by rubbing) pada permukaan maupun dalam bentuk larutan kimia dengan cairan pembawa seperti air, minyak, atau alkohol. Ini digunakan secara luas pada operasi pengerjaan logam , terutama pada suhu tinggi.

b. Molybdenum disulfida (MoS2)Ini merupakan jenis lain pelumas padat berlapis yang digunakan secara luas. Mempunyai penampilan fisik mirio dengan grafit. Perbedaannya dengan grafit adalah MoS2 akan teruarai dengan terdapatnya oksigen dan uap air. Memiliki koefisien gesek tinggi dalam suhu ruang. Minyak biasanya digunakan sebagai cairan pembawanya dan digunakan sebagai pelumas dalam operasi pengerjaan logam pada suhu ruang. MoS2 juga dapat digosokkan (by rubbing) pada permukaan benda kerja.

c. Lapisan film logam dan polymerikKarena memiliki kekuatan rendah, lapisan tipis logam lunak dan lapisan polimer juga dipakai sebagai pelumas padat. Lapisan tipis logam yang digunakan sebagai pelumas padat seperti timbal, indium. Cadmium, timah putih, dan perak. Sedang polimernya seperti PTFE (teflon), polyethylene, dan

methacrylates. Lapisan tipis ini memiliki keterbatasan penggunaan dalam operasi pengerjaan logam karena akan rusak akibat tegangan yang tinggi dan pada suhu tinggi.Oksida-oksida yang menutupi hampir semua logam termasuk dalam kategori pelumas padat ini. Jika oksida pada logam tertentu memiliki sifat gesekan rendah dan cukup tipis, lapisan ini dapat bertindak sebagai pelumas padat, terutama pada suhu tinggi. Serbuk oksida-oksida bermacam-macam logam dapat juga diaplikasikan pada permukaan benda kerja.

6. KacaMeskipun pada suhu ruang, kaca bersifat keras dan getas, tapi kaca

meleleh (become viscous) pada suhu tinggi dan oleh sebab itu dapat dipakai sebagai pelumas cair. Kekentalannya merupakan fungsi suhu (tapi tidak merupakan fungsi tekanan) dan bergantung pada jenis kacanya. Konduktivitasnya yang jelek menjadikan kaca semakin bagus sebagai pelumas sebab kaca dapat berfungsi pula sebagai penghalang panas antara benda kerja yangpanas dan cetakan yang relatif dingin. Contoh penggunaan pelumas kaca adalah pada proses ekstrusi panas dan forging.

7. Lapisan Konversi (Conversion Coatings)Pelumas mungkin tidak selalu melekat dengan bagus pada permukaan

benda kerja, terutama, pada kondisi tegangan normal dan geser yang tinggi timbul secara bersamaan. Hal ini menjadi penting khususnya proses pengerjaan pembentukan benda kerja bentuk bongkahan (bulk) seperti forging, ekstrusi, wire drawing pada baja tahan karat, dan paduan suhu tinggi.

Untuk aplikasi ini, permukaan benda kerja diberi perlakuan dengan reaksi kimia, sehingga dihasilkan permukaan yang kasar dan spongy yang akan bertindak sebagai pembawa pelumas. Zinc phosphate coatings digunakan secara luas pada baja karbon dan baja paduan rendah. Kristal-krista zinc phosphate akan menjadi plastia karena tekanan (pada antarmuka cetakan dan benda kerja) dan kemudian akan mengikuti perluasan permukaan benda kerja karena pengerjaan logam. Untuk baja tahan karat dan baja paduan suhu tinggi, digunakan oxalate coatings. Pelumas cair atau sabun kemudian diaplikasikan permukaan yang telah dilapis. Lapisan film pelumas akan melekat kuat pada permukaan dan tidak mudah mengelupas.

8. Getaran UltrasonikPengurangan gesekan yang nyata telah diamati antar muka cetakan-benda

kerja yang dikenai getaran ultrasonik, umumnya pada 20 kHz. Metode ini membutuhkan peralatan khusus, juga pengalaman diperlukan untuk mengaplikasikan getaran dengan benar pada lokasi yang tepat dalam sistem pengerjaan logam.

Pemilihan PelumasSebagai pertimbangan selanjutnya, pemilihan pelumas meliputi beberapa

faktor lain. Antara lain: Kompatibilitas dari pelumas dengan bahan benda kerja dan peralatan dan cetakan, persiapan permukaan, metode pengaplikasian pelumas, pembersihan pelumas setelah digunakan, kontaminasi pelumas oleh pelumas lain (misal oleh pelumas yang dipakai untuk melumasi mesin-mesin), pengolahan pelumas bekas, penyimpanan dan perawatan pelumas, serta pertimbangan biologis dan ekologis.