PEMBENTUKAN LOGAM (METAL FORMING)

DefinisiProses pembentukan (forming) adalah proses mengubah bentuk logam dengan suatu gaya pada arah tertentu tanpa menyisakan serpihProses pembentukan tergantung pada sifat plasticity (plastisitas), yakni kemampuan mengalir sebagai padatan tanpa merusak sifat-sifatnya.

Kelebihannya & KekurangannyaKelebihannya:karena padatan, maka tidak perlu perangkat pembawa cairan tidak ada kompleksitas pemadatan. Dibanding dengan proses pemesinan, proses pembentukan menghasilkan sekrap yang lebih sedikit.Kekurangannya:gaya yang diperlukan tinggi, mesin dan perkakas mahal, sebagai konsekuensi dari kedua hal tersebut maka harus dalam produksi besar

klasifikasi forming menurut keadaan tegangan yang bekerja

Variabel Proses Pembentukan Variabel Bebas: di mana insinyur dapat mengontrol langsung dan variable-veraiabel tersebut biasnaya dipilih atau ditentukan ketika proses set-up Variabel Tak Bebas adalah konsekuensi dari pilihan variable bebas

Variabel BebasMaterial permukaan: sifat kimia dan persyaratan sifat dan karakteristik bahan. Dasar pemilihan: kemudahan fabrikasi, dibatasi oleh sifat produk yang diinginkan.Geometri mula dari benda kerja; dipilih dari varitas bentuk yang ada atas pertimbangan ekonomiGeometri perkakas / cetakan; sangat berpengaruh karena system perkakas akan memproduksi dan mengontrol aliran logam

4. Pelumasan; 50% daya yang diberikan untuk mengatasi gesekanFungsi pelumas: melumasi, pendingin, pembatas panas, pencegah korosi, senyawa pemusnahYang perlu diperhatikan: tipe pelumas, jumlah yang harus diberikan, dan metode pemberianSuhu permukaan baik untuk benda kerja dan perkakasKecepatan operasi: mempengaruhi efektivitas pelumas, gaya yang diperluakn untuk operasi, waktu tersedia untuk pndah panasJumlah deformasi

Variabel Tak BebasGaya/ daya yang diperlukanSifat material produk; perhatian konsumen pada bentuk dan sifat material akhir sehingga perencana harus oandai memilih material awal dan memprediksi pengaruh proses dalam mengubah sifat tersebut.Exit / final temperatureSurface finish (permuakaan akhir) dan kehalusanSifat aliran bahan

Friksi dan Lubrikasi Beberapa proses 50% energi input digunakan untuk mengatasi gesekanSurface finish dan kepresisisan produk dipengaruhi oleh friksi

Pada gear, bearing, journal dan komponen sejenis, kondisi friksi melibatkan:

Dua permukaan dengan material dan kekuatan serupaDi bawah beban elastik di mana salah satu komponen mengalami perubahan bentuk permanenKeausan berbentuk lingkaran yang menghasilkan kesesuaian permukaanUmumnya suhu rendah sampai sedang

Pada proses pembentukan

Tool keras dan tak mampu bentukHanya sekali / satu tahap deformasiBenda kerja pada suhu yang naik / tinggi

Gesekan Menurut teori friksi modern: permukaan yang rata tidaklah rata, namun ada kekasaran. Bila dua permukaan berinteraksi, kontak permukaan dibangkitkan untuk mengatasi beban yang diberikan.Bila beban ringan hanya 3 titik yang kontakBila beban naik luasan kontak naikBila beban tinggi seluruh permukaan kontakBila beban dinaikkan lagi maka luasan permuakaan kontak tak akan naik lagi dan friksi tetap

Pengaruh tekanan kontak terhadap gesekan

Telaah Suhu Proses forming diklasifikasikan menjadi:Hot working; deformasi dilakukan di bawah kondisi temperatur dan laju strain (regangan) di mana rekristalisasi terjadi simulatan dengan deformasi. Untuk mencapai ini, suhu deformasi biasanya di atas 0.6 kali titik cair material pada skala suhu absolut (Kelvin atau Rankine)Cold working adalah deformasi di bawah kondisi proses recovery tidak aktif. Biasanya suhu kerja kurang dari 0.3 kali suhu leleh benda kerjaWarm working adalah deformasi di bawah kondisi transisi (yakni suhu kerja antara 0.3 dan 0.6 kali suhu leleh).

Hot workingHot working didefinisikan sebagi deformasi plastis logam di atas suhu rekristaliasinya. Yang perlu diingat bahwa beda material beda suhu rekristalisasinya. Misalnya tin / timah putih (Sn) pada suhu kamar, baja pada suhu 2000 0F, tungsten pada suhu sampai 4000 0F belum mencapai daerah hot working.Kenaikan suhu berpengaruh terhadap penurunan tegangan yield logam dan meningkatkan keuletannya.

Keuntungan hot working:Pada suhu hot working, rekristalisasi mengeliminasi efek dari strain hardening (pengerasan regang) sehingga tidak ada keniakan signifikan dalam kekuatan yield atau kekerasan atau penurunan keuletan.Kurva stress-strain sebenarnya mendatar di atas titik yield dan deformasi dapat dipakai mengubah secara drastic bentuk logam tanpa takut akan retak atau diperlukan gaya yang sangat besar.Mengurangi atau menghilangkan ketidakhomogenan kimiawiPori-pori dapat dilas atau direduksi ukurannya selama deformasiStruktur metalurgis dapat diubah untuk meningkatkan sifat akhir Pada baja pada suhu rekristalisasi deformasi terjadi pada struktur Krista austenit FCC yang lemah dan ulet dari pada ferrit BCC yang kuat dan stabil pada suhu rendah.

Kelemahan hot woking:

Suhu tinggi dari hot working meningkatkan reaksi logam dengan sekitarnyaToleransi yang miskin karena pemendekan termal dan kemungkinan pendinginan yang tidak uniformStruktur metalurgis mungkin juga tidak uniform Karena ukuran butir akhir tergantung pada reduksi, suhu pada akhir deformasi dan faktor yang lain yang bervariasi sepanjang benda kerja

Bila logam dipanaskan ulang tanpa deformasi sebelumnya maka logam akan mengalami pertumbuhan butir dan penurunan secara konkuren dalam sifatnya.Namun bila logam telah mengalami deformasi sebelumnya maka struktur yang terdistorsi secara cepat diganti dengan butir bebas rengangan baru. Kemudian rekristalisasi diikuti dengan salah satu dari pertumbuhan butir atau deformasi tambahan dan rekristalisasi penurunan suhu secara tajam untuk memberhentikan difusi dan membeku dalam struktrur teriskritalisasi.

Sifat logam dapat ditingkatkan dengan:Mengganti struktur awal dengan yang lebih bagus, dapat dihasilkan peningkatan kekuatan, keuletan dan ketangguhanReorientasi partikel inklusi atau pengotor yang ada pada logam

Cold workingCold working adalah deformasi plastis logam di bawah suhu rekristalisasi. Proses biasanya pada suhu kamar, tetapi penaikan suhu ringan biasa digunakan untuk meningkatkan keuletan dan mengurangi kekuatan. Keunggulan cold working dibanding hot workingTidak diperlukan panasPermuakan akhir yang diperolehlebih bagus Kontrol dimensi lebih bagus sehingga sedikit/tidak memerlukan pemesinan lanjutanProduk memiliki kemampuan reproduksi dan mampu tukar yang lebih bagusSifat kekuatan, kelelahan dan keausan ditingkatkan melalui strain hardening Sifat terarah dapat diberikanProblem kontaminasi diminimisasi

Kelemahan cold working

Diperlukan gaya yang lebih besar untuk memulai dan menyelesaikan proses cold workDiperlukan perangkat yang lebih berat dan lebih kuatKurang keuletanPermukaan logam harus bersih bebas sisikAnneal antara mungkin diperlukan untuk mengkompen-sasi hilang keuletan yang menyertai strain hardeningPemberian sifat yang terarah mungkin merusakTegangan sisa yang tak diinginkan mungkin diproduksi

Sifat logam pada cold workingKesesuaian suatu logam untuk dicold work ditentukan oleh sifat keuletan, di mana sifat ini merupakan konsekuensi langsung dari struktur metalurgis. Kemudian proses cold work mengubah struktur logam dan pada akhirnya mengubah sifat keuletan produk

Kurva tegangan-regangan pada baja karbon rendah (kiri) dan baja karbon tinggi (kanan)

Deformasi elasis sd X1Deformasi plastis dr X1 sd X4 X4 material putusBesar dari titik yield (X1) yang menentukan gaya yang diperlukan untuk memulai deformasi permanen, X1 ke X4, yang menunjukkan jumlah deformasi plastis (atau keuletan) yang bisa dicapai tanpa patah.

Kesimpulan:1 Baja karbon rendah: jumlah deformasi yang bisa dilakukan lebih banyakKeuletan yang lebih besar gaya yang lebih kecil diperlukan untuk memulai dan melanjutkan deformasi.2 Baja karbon tinggi:memiliki koefisien regangan lebih besar. mengalami kenaikan kekuatan yang lebih besar untuk sejumlah cold work yang sama. akan lebih menarik untuk operasi pemotongan dan lebih mudah untuk dimesin.

Spring backBila logam dideformasi dengan pemberian sejumlah beban, sebagian dari deformasi adalah elastis. Misalnya bila logam ditarik sampai titik X1 pada gambar di atas dan beban dilepaskan, maka logam akan kembali ke bentuk semula karena semua deformasi adalah elastis. Bila logam ditarik dengan beban X3, yang berhubungan dengan titik b pada kurva tegangan-regangan, regangan total terdiri dari dua bagian, satu bagian elastis dan yang lain plastis. Jika beban deformasi dihilangkan relaksasi tegangan akan mengikuti garis bX2, dan regangan akhir akan hanya X2. pengurangan regangan , X3 - X2, dikenal sebagai springback.

springback sangat pentingPada proses cold working, bila mengingin-kan ukuran tertentu, deformasi harus dilebihkan sejumlah yang sama dengan springback. Setiap material memilki modulis elastisitas yang berlainan maka pemberian kelebihan untuk tiap material juga berbeda. Spring back adalah fenomena yang bisa diperkirakan dan pada hal yang lebih sulit dicegah dengan prosedur desain yang lebih layak.

***************************