Nama : Mursalin

NIM : 1304102010098

MK : Proses Produksi II

PROSES PEMBENTUKAN LOGAM

Tujuan utama proses manufacturing adalah membuat komponen dengan

mempergunakan material tertentu yang memenuhi persyaratan bentuk dan ukuran serta

struktur yang mampu melayani kondisi lingkungan tertentu. Melihat, faktor-faktor di atas

maka faktor membuat suatu bentuk tertentu merupakan faktor utama. Ada beberapa metoda

atau membuat geometri (betuk dan ukuran) dari suatu bahan yang dikelompokan menjadi

empat kelompok dasar proses pembuatan (manufacturing processes) Yaitu: Pengecoran

(Casting), Pemesinan (Machining), Proses konsolidasi dari beberapa bahan menjadi satu

(Consolidating, misalkan : Powder Metallurgy, Mechanical fastener, Bonding, Welding dsb)

dan proses deformasi. Proses pemesinan atau lebih spesifik lagi material removal process

(proses pembuangan material), memberikan ketelitian yang sangat tinggi dan fleksibilitas

(keuletan) yang besar. Proses konsolidasi mampu membentuk benda yang kompleks dari

komponen-komponen yang sederhana dan merupakan proses yang sangat umum dipakai.

Proses deformasi memanfaatkan sifat beberapa material yaitu kemampuannya mengalir

secara plastis pada keadaan padat tanpa merusak sifat-sifatnya. Dengan manggerakan

material secara sederhana ke bentuk yang di inginkan, maka sedikit atau bahkan tidak ada

material yang terbuang sia-sia. Dari proses pengecoran, stranda dan slabs direduksi

ukurannya dan diubah kedalam bentuk-bentuk dasar seperti plates, sheets dan rod. Bentuk-

bentuk dasar ini kemudian mengalami proses deformasi lebih lanjut sehingga diperoleh kawat

(wire) dan myriad (berjenis-jenis) produk akhir yang dihasilkan melalui tempa (forging),

ekstrusi, sheet metal forming dan sebagainya. Deformasi yang diberikan dapat berupa aliran

curah (bulk flow) dalam 3 dimensi. Geser sederhana , tekuk sederhana dan gabungan ataupun

kombinasi dari beberapa jenis proses tersebut. Tegangan yang diperlukan untuk mendapatkan

deformasi tersebut dapat berupa tarikan (tension), tekan (compression), geseran (shear) atau

kombinasi dari beberapa jenis tegangan tersebut.

Meskipun hakekat proses pembentukan logam adalah mengusahkan deformasi plastis

yang terkontrol, namun dalam berbagai hal pengaruh deformasi elastis cukup besar sehingga

tidak dapat diabaikan begitu saja. Untuk itu perlu dibahas lebih dahulu pengertian deformasi

elastis dan deformasi plastis. Perubahan bentuk dapat dipisahkan menjadi dua, yaitu

deformasi elastis dan defomasi plastis. Deformasi elastis adalah perubahan bentuk yang

terjadi bila ada gaya yang berkerja, serta akan hilang bila beban ditiadakan. Dengan kata lain

bila beban ditiadakan, maka benda akan kembali kebentuk dan ukuran semula. Di lain pihak,

defomasi plastis adalah perubahan bentuk yang permanent, meskipun bebannya di hilangkan.

Secara diagramatis menunjukan pengertian deformasi elastis dan deformasi plastis pada suatu

diagram tegangan-regangan. Bila suatu material dibebani sampai daerah plastis, maka

perubahan betuk yang saat itu terjadi adalah gabungan antara deformasi elastis dengan

deformasi plastis (penjumlahan ini sering juga disedut deformasi total). Bila beban-beban

ditiadakan, maka deformasi elastis akan hilang pula, sehinga perubahaan bentuk yang ada

hanyalah deformasi plastis saja.

Klasifikasi berdasarkan temperatur pengerjaan.

Pengaruh temperatur terhadap proses-proses pembentukan adalah hal mengubah sifat-

sifat dan prilaku material. Secara umum kenaikan temperatur akan mengakibatkan turunnya

kekuatan material, naiknya keuletan dan turunnya laju pengerasan regangan yang mana

perubahannya tersebut mengakibatkan kemudahan material untuk deformasi. Berdasarkan

temperatur material pada saat deformasi ini, proses pembentuka logam dapat diklasifikasikan

menjadi dua kelompok besar, yaitu:

1. Pengerjaan panas (Hot working)

2. Pengerjaan dingin (Cold working)

Pada awalnya batasan kedua kelompok tersebut hanyalah didasarkan atas ada atau tidaknya

proses pemanasan benda kerja. Namun bila ditinjau dari segi metalurgis, hal ini tidak

sepenuhnya benar. Batasan yang berlaku lebih umum adalah yang didasarkan pada

temperatur rekristalisasi logam yang diproses. Hal ini memang berkaitan dengan ada atau

tidaknya proses pelunakan selama proses berlangsung.

Proses pengerjaan panas

Pengerjaan panas adalah proses pembentukan logam yang mana proses deformasinya

dilakukan dibawah kondisi temperatur dan laju regangan dimana proses rekritalisasi dan

deformasi terjadi bersamaan. Proses pengerjaan panas dapat didefinisikan sebagai proses

pembentukan yang dilakukan pada daerah temperatur rekristalisasi logam yang diproses.

(agar lebih singkat daerah tamperatur diatas temperatur rekristalisasi untuk selanjutnya

disebut sebagai daerah temperatur tinggi). Dalam proses deformasi pada temperatur tinggi

terjadi peritiwa pelunakan yang terus menerus, khususnya akibat terjadinya rekristalisasi.

Akibat yang konkret ialah bahwa logam bersifat lunak pada temperatur tinggi. Kenyataan

inilah yang membawa keuntungan-keuntungan pada proses pengerjaan panas. Yaitu bahwa

deformasi yang diberikan kepada benda kerja dapat relative besar. Hal ini disebabkan karena

sifat lunak dan sifat ulet, sehingga gaya pembentukan yang dibutuhkan relative kecil, serta

benda kerja mampu menerima perubahaan bentuk yang besar tanpa retak. Karena itulah

keuntungan proses pengerjaan panas biasanya digunakan pada proses-proses pembentukan

primer yang dapat memberikan deformasi yang besar, misalnya: proses pengerolan panas,

tempa dan ekstrusi.

Akibatnya adalah kurva tegangan – regangan sebenarnya secara garis besar berupa

garis mendatar pada regangan diatas titik luluh. Hal ini merupakan perbadaan yang jelas

apabila perbandingan dengan kurva tegangan – regangan sebenarnya yang naik keatas pada

deformasi dibawah temperatur rekristalisasi. Dengan demikian proses pengerjaan panas

secara drastis mampu mengubah bentuk material tanpa akan timbulnya retak pembentukan

yang berlebihan.

Disamping itu, temperatur tinggi memacu proses difusi sehingga hal ini dapat

menghilangkan ketidak homogenan kimiawi, pori-pori karena efek pengelasan dapat tertutup

atau ukurannya berkurang selama derformasi berlangsung serta struktur metalurgi dapat

diubah sehingga diperoleh sifat-sifat akhir yang lebih baik. Dilihat dari segi negatif,

temperatur tinggi dapat mengakibatkan reaksi yang tidak dikehendaki antara benda kerja

dengan lingkungannya.

Toleransi menjadi rendah sebagai akibat adanya penyusutan /pemuaian thermal

ataupun akibat pendinginan yang tidak seragam. Secara metalurgis dapat terjadi sehingga

ukuran butir produk akan bervariasi tergantung pada basar reduksi yang alami, temperatur

deformasi yang terakhir, setelah doformasi dan faktor-faktor lainnya.

Keberhasilan dan kegagalan proses pengerjaan panas sering sangat tergantung pada

keberhasilan mengatur kondisi termal, karena hampir 90% energi yang diberikan kepada

benda kerja akan diubah menjadi panas maka temperatur benda kerja akan naik jika

deformasi berlangsung sangat cepat. Meskipun demikian, pada umumnya pemanasan benda

kerja dipanaskan pada temperature yang lebih rendah.

Panas banda kerja hilang melalui permukaan-permukaannya dan panas paling besar

melalui permukaan yang bersentuhan dengan dies yang bertemperatur lebih rendah begitu

permukaan benda kerja menjadi dingin ketidak seragaman temperatur akan terjadi. Adanya

aliran benda kerja yang panas dan lunak pada bagian dalam akan mengakibatkan retakan

pada permukaan benda kerja yang dinging dan getas. Oleh kerena itu temperatur benda kerja

perlu dijaga agar kesseragam mungkin.

Guna mendapatkan toleransi produk yang lebih baik maka temperatur dies dinaikan

dan waktu kontak yang lebih lama (kecepatan deformasi yang lebih rendah). Namun dengan

cara seperti ini juga akan semakin memperpendek umur dies. Pada saat memproses forming

produk yamg bentuknya rumit, seperti pada hot forging, bagian tipis akan mendingin lebih

cepat dari pada bagian yang tebal sehingga hal ini akan semakin memperumit perilaku aliran

benda kerja. Lebih jauh lagi ketidak seragaman pendinginan benda karja akan menimbulkan

tegangan sisa pada produk akhir hasil proses hot working.

Proses pengerjaan dingin

Proses pengrjaan dingin didefinisikan sebagai proses pambantukan yang dilakukan

pada daerah temperatur dibawah temperatur rekristalisasi. Dalam praktek memang pada

umumnya pangerjaan dingin dilakukan pada temperatur kamar, atau dengan lain perkataan

tanpa pemanasan benda kerja. Agar lebih singkat, untuk selanjutnya daerah temperatur

dibawah temperature rekristalisasi disebut saja sebagai daerah temperatur rendah. Pada

kondisi ini pada logam yang diderformasi terjadi peristiwa pengrasan regangan. Logam akan

bersifat makin keras dan makin kuat tetapi makin getas bila mengalami deformasi. Hal ini

menyebabkan relatif kecil deformasi yang dapat diberikan pada proses pengerjaan dingin.

Bila dipaksakan adanya suatu perubahan bentuk yang besar, maka benda kerja akan retak

akibat sifat getasnya.

Meskipun demikian, proses pengerjaan dingin tetap menempati kedudukan yang khas,

dalam rangkaian proses pengerjaan. Langakah deformasi yang awal biasanya adalah pada

temperature tinggi, misalnya proses pengerolan panas. Billet ataupun slab di rol panas

menjadi bentuk yang lebih tipis, misalnya pelat. Pada tahapan tersebut deformasi yang dapat

diberikan adalah relatif besar. Namun proses pengerolan panas ini tidak dapat dilanjukan

pada pelat yang relative lebih tipis. Memang mungkin saja suatu gulungan pelat dipanaskan

terlebih dahulu pada tungku sampai temperaturnya melewati temperatur rekristalisasi. Akan

tetapi bila pelat tersebut dirol, maka temperaturnya akan cepat turun sampai dibawah

temperatur rekristalisasi. Hal ini disebabkan oleh besarnya panas yang berpindah dari pelat ke

sekitarnya. Pelat yang tipis akan lebih cepat mengalami penurunan temperatur dari pada pelat

yang tebal.

Dari uraian tersebut jelaslah behwa proses deformasi yang dapat dilakukan pada

benda kerja yang luas permukaan spesifiknya besar hanyalah proses pengerjaan dingin.

Beberapa contohnya adalah proses pembuatan pelat tipis dengan pengerolan dingin, proses

pembuatan kawat dengan proses panarikan (wire drawing), serta seluruh proses pembentukan

terhadap pelat (sheet metal forming).

Keunggulan proses pengerjaan dingin adalah kondisi permukaan benda kerja yang

lebih baik dari pada yang diproses dengan pengerjaan panas. Hal ini disebabkan oleh tidak

adanya proses pemanasan yang dapat menimbulkan kerak pada permukaan.

Keunggulan lainya ialah kekerasa dan kekuatan logam sebagai akibat pengerjaan

dingin. Namun hal ini diikuti pula oleh suatu kerugian, yaitu makin getasnya logam yang

dideformasi dingin.

Sifat-sifat logam dapat diubah dengan proses perlakuan panas (heat treatment).

Perubahan sifat menjadi keras dan getas akibat deformasi dapat dilunakan dan diuletkan

kembali dengan proses anil (annealing).

Ditinjau dari segi proses pembuatan (manufacturing), proses pengerjaan dingin

mempunyai sejumlah kelebihan yang jelas sehingga bebagai Jenis proses pengerjaan dingin

menjadi sangat penting dalam kehidupan sehari-hari. Apabila dibandingkan dengan proses

pengerjaan panas maka proses pengerjaan dingin mempunyai beberapa keuntungan, yaitu:

Tidak perlu pemanasan

Permukaan akhir lebih baik

Pengaturan dimensi lebih bisa terkendali, sehingga walaupun ada sangat sedikit sekali

proses pemesinan lanjut

Produk yang dihasilkan mempunyai reproducibility (mammpu diproduksi kembali

dengan kualitas yang sama) interchangeability (mampu tukar) yang lebih baik

Kekuatan, kekuatan lelah (fatigue strength) dan ketahanan ausnya lebih baik

Sifat-sifat terarah (directional properties) dapat dimunculkan

Masalah kotaminasi dapat dikurangi.

Adapun kerugianya adalah:

Diperlukan gaya yang besar untuk melakukan deformasi

Perlu peralatan yang berat dan berdaya besar

Produk menjadi kurang ulet

logam harus bersih dan bebas kerak

Terjadi pengeras regangan (strain hardening) sehingga perlu poses pelunakan

(annealing) antara proses bila digunakan proses deformasi

Rusaknya directional properties

Timbulnya tegangan sisa.

Jadi tujuan utama Proses Manufacturing adalah untuk membuat komponen dengan

mempergunakan material tertentu yang memenuhi persyaratan bentuk dan ukuran, serta

struktur yang mampu melayani kondisi lingkungan tertentu.

Melihat faktor-faktor diatas maka faktor membuat suatu bentuk tertentu merupakan

faktor utama. Ada beberapa metoda atau membuat geometri (bentuk dan ukuran) dari suatu

bahan yang dikelompokan menjadi enam kelompok dasar proses pembuatan ( manufacturing

proces) yaitu : proses pengecoran ( casting), proses pemesinan (machining), proses

pembentukan logam (metal forming), proses pengelasan (welding), perlakuan panas (heat

treatment), dan proses perlakuan untuk mengubah sifat karakteristik logam pada bagian

permukaan logam (surface treatment).

1. Proses pengecoran (casting)

Suatu teknik pembuatan produk dimana logam dicairkan dalam tungku peleburan

kemudian dituangkan kedalam rongga cetakan yang serupa dengan bentuk asli dari produk

cor yang akan dibuat.

2. Proses pemesinan (machining)

Proses pemotongan logam disebut sebagai proses pemesinan adalah proses pembuatan

dengan cara membuang material yang tidak diinginkan pada benda kerja sehingga diperoleh

produk akhir dengan bentuk, ukuran, dan surface finish yang diinginkan.

3. Proses pembentukan logam (metal forming)

Proses metal forming adalah melakukan perubahan bentuk pada benda kerja dengan

cara memberikan gaya luar sehingga terjadi deformasi plastis.

4. Proses pengelasan (welding)

Proses penyambungan dua bagian logam dengan jalan pencairan sebagian dari daerah

yang akan disambung. Adanya pencairan dan pembekuan didaerah tersebut akan

menyebabkan terjadinya ikatan sambungan.

5. Proses perlakuan panas (heat treatment)

Heat treatment adalah proses untuk meningkatkan kekuatan material dengan cara

perlakuan panas.

6. Surface treatment

Proses surface treatment adalah proses perlakuan yang diterapkan untuk mengubah

sifat karakteristik logam pada bagian permukaan logam dengan cara proses thermokimia,

metal spraying.

Proses pemesinan atau lebih spesifik lagi proses pembuangan material (material

removal proces), memberikan ketelitian yang sangat tinggi dan fleksibilitas (keluwesan) yang

besar. Namun demikian proses ini cenderung menghasilkan sampah dari proses pembuangan

material tersebut secara sia-sia. Proses deformasi memanfaatkan sifat beberapa material (

biasanya logam ) yaitu kemampuannya “mengalir secara plastis “ pada keadaan padat tanpa

merusak sifat-sifatnya. Dengan menggerakkan material secara sederhana ke bentuk yang kita

inginkan ( sebagai lawan dari membuang bagian yang tidak diperlukan ), maka sedikit atau

bahkan tidak ada material yang terbuang sia-sia. Namun demikian biasanya gaya yang

diperlukan cukup tinggi. Di samping itu, mesin-mesin dan perkakas yang diperlukan

harganya mahal sehingga jumlah produksi yang besar merupakan alasan pokok untuk

membenarkan pemilihan proses ini.

Kegunaan material logam dalam masyarakat modern ditentukan oleh mudah tidaknya

material tersebut dibentuk (forming) kedalam bentuk yang bermanfaat. Hampir semua logam

mengalami deformasi sampai pada tingkat tertentu selama proses pembuatannya menjadi

produk akhir. Ingat dalam proses pengecoran, strand dan slabs direduksi ukurannya dan

diubah ke dalam bentuk-bentuk dasar seperti plates, sheet, dan rod. Bentuk-bentuk dasar ini

kemudian mengalami proses deformasi lebih lanjut sehingga diperoleh kawat (wire) dan

myriad ( berjenis – jenis) produk akhir yang dihasilkan melalui tempa (forging), ekstrusi,

sheet metal forming dan sebagainya.

Deformasi yang diberikan dapat berupa aliran curah (bulk flow) dalam 3 dimensi,

geser sederhana (simple shearing), tekuk sederhana atau gabungan (simple or compound

bending) atau kombinasi dari beberapa jenis proses tersebut.

Tegangan yang diperlukan untuk mendapatkan deformasi tersebut dapat berupa

tarikan (tension), tekan (compression), geseran (shear) atau kombinasi dari beberapa jenis

tegangan tersebut. Kecepatan, temperature, toleransi, surface finish.

Kemampuan untuk menghasilkan berbagai bentuk dari lembaran logam datar dengan laju

produksi yang tinggi merupakan merupakan kemajuan teknologi yang nyata. Peralihan dari

proses pembentukan dengan tangan ke metode produksi besar – besaran menjadi faktor

penting dalam meningkatan standar kehidupan selama periode tersebut.

Pada dasarnya, suatu bentuk dihasilkan dari bahan lembaran datar dengan cara

peregangan dan penyusutan dimensi elemen volume pada tiga arah utama yang tegak lurus

sesamanya. Bentuk yang diperoleh merupakan hasil penggabungan dari penyusutan dan

peregangan lokal elemen volume tersebut. Usaha telah dilakukan untuk menggolongkan

berbagai macam bentuk yang mungkin pada pembentukan logam menjadi beberapa

kelompok tertentu, tergantung pada kontur produk – produk. Sachs membagi komponen –

komponen lembaran logam menjadi 5 katagori.

1. Komponen lengkungan tunggal.

2. Komponen flens yang diberi kontur- termasuk komponen dengan flens rentang dan flens

susut.

3. Bagian lengkung

4. Komponen ceruk dalam – termasuk cawan, kotak – kotak dengan dinding tegak atau

miring

5. komponen ceruk dangkal – termasuk bentuk pinggan, galur (beaded), bentuk – bentuk

timbul dan bentuk – bentuk berkerut.

Cara lain untuk menggolongkan proses pembentukan lembaran logam adalah dengan

menggunakan operasi khusus seperti pelengkungan, pengguntingan, penarikan dalam,

perentangan, pelurusan. Perlu dicatat berbeda dengan proses deformasi pembentukan benda

secara keseluruhan, pembentukan lembaran biasanya dilakukan dalam bidang lembaran itu

sendiri oleh tegangan tarik. Gaya tekan pada bidang lembaran hendaknya dihindari karena ini

akan menyebabkan terjadinya pelengkungan, pelipatan dan keriput pada lembaran tadi. Pada

proses pembentukan lembaran, susut tebal hendaknya dihindarkan karena dapat terjadi

penciutan dan akan kegagalan mengakibatkan kegagalan dalam proses pembuatan produk.