Rizqi Juarsa proses pembentukan ( Metal Forming)

download Rizqi Juarsa proses pembentukan ( Metal Forming)

of 17

description

proses pembentukan

Transcript of Rizqi Juarsa proses pembentukan ( Metal Forming)

Rizqi Juarsa(123010132) T.I-C Metal FormingPrinsip Dasar Metal FormingPrinsip dasarpembentukan logam,metal forming adalah melakukan perubahan bentuk pada benda kerja dengan cara memberikan gaya luar sehingga terjadi deformasi plastik. Dengan gaya luar ini akan terjadi perubahan bentuk benda kerja secara permanen. Pembentukan umumnya bertujuan untuk mendapatkan suatu produk logam sesuai dengan bentuk yang diinginkan. Selain itu pembentukan memungkinkan diperoleh sifat-sifat mekanik tertentu sesuai dengan yang dibutuhkan atau yang dipersyaratkan.Pembentukan logam selalu mengunakan perkakas yang berfungsi sebagai pemberi gaya luar dan pengarah bentuk yang diinginkan.Deformasi Secara MakroskopisSecara makroskopis, deformasi dapat dilihat sebagai perubahan bentuk dan ukuran.. Perubahan bentuk yang terjadi dapat dibedakan atas deformasi elastis dan deformasi plastis. Deformasi elastis adalah perubahan yang terjadi pada material bila ada gaya yang bekerja, serta akan kembali kebentuk dan ukuran semula bila gayanya ditiadakan. Sedangkan deformasi plastik adalah perubahan bentuk yang permanen, meskipun gayanya telah dihilangkan.Bila suatu material diberi gaya sampai daerah plastis, maka perubahan bentuk yang terjadi adalah gabungan antara deformasi plastis dengan deformasi elastis atau biasa disebut deformasi total. Bila gaya dihilangkan, maka deformasi elastis akan hilang pula, sehingga perubahan bentuk yang ada hanyalah deformasi plastis.

Gambar 1. Konsep Dasar Pembentukan LogamDeformasi Secara MikroskopisPerubahan mikroskopik yang terjadi setelah logam mengalami deformasi dapat diamati melalui observasi mikroskop. Pada Gambar 2 dapat dilihat perubahan struktur mikro baja karbon rendah setelah mengalami deformasi plastis. Perubahan tampak pada bentuk butir yang semula cenderung bundar dengan sumbu yang sama atauequiaxial grains, menjadi butiran berbentuk pipih memanjang atauelongated grains.Semakin besar deformasi yang dialami oleh logam, semakin pipih struktur butirannya.

Gambar 2. Struktur Mikro Sebelum dan Setelah DeformasiDeformasi Secara AtomikSecara mikro, perubahan bentuk, baik deformasi elastis maupun deformasi plastis, terjadi dengan adanya pegeseran kedudukan atom-atom dari tempatnya yang semula. Pada deformasi elastis, adanya gaya luar akan menggeser atom-atom ke tempat kedudukkan atom yang baru, dan atom-atom tersebut akan menempati kedudukan atom semula bila tegangan dihilangkan. Pada deformasi ini pergeseran kedudukan atom-atom relatif kecil, sehingga deformasi elastis yang terjadi juga relatif kecil.Pada deformasi plastis, atom-atom yang bergeser akan menempati kedudukan atom baru yang stabil. Ini berati atom-atom tersebut akan tetap berada pada kedudukan yang baru walaupun gaya dihilangkan. Secara mikroskopis perubahan bentuk yang terjadi adalah permanen.

Gambar 3. Deformasi Secara Atomik

a) Proses Pengerjaan Panas Pada Logam, Hot Working

Pengertian DefinisiPengerjaan panas pada logam merupakan proses deformasi pada logam yang dilakukan pada kondisi temperature dan laju regangan tertentu sehingga proses deformasi dan proses recovery terjadi secara bersamaan. Deformasi dilakukan di atas temperature rekristalisasi. Pada temperature ini, pengerasan regang dan struktur butir yang terdeformasi akan segera tergantikan dengan struktur baru yang bebas regangan. Struktur baru bebas regangan dimungkinkan karena selama proses deformasi selalu diiringi dengan proses rekristalisasi. Temperatur Pengerjaan PanasPengerjaan panas umumnya dilakukan pada temperature di atas 0,6 temperature lebur dengan laju regangan antara 0,5 sampai 500 detik-1. Sedangkan temperature rekristalisasi dapat diperkirakan dengan formula berikut:Trek= 0,4 0,5 Tm(K)Trekadalah temperature rekristalisasiTmadalah temperature lebur bahan logamSelama proses deformasi selalu terjadi proses rekristalisasi dari butir-butir yang terdeformasi, sehingga benda kerja tidak mengalami pengerasan regang atau selalu dalam keadaan bebas regangan dan lunak. Semakin tinggi temperature, semakin rendah tegangan alir material. Dengan demikian tingkat deformasi yang dapat dilakukan semakin besar dengan semakin tingginya temperature. Temperatur Terrendah Pengerjaan panasBatas bawah dari temperature pengerjaan panas ditentukan oleh temperature terendah di mana laju rekritalisasi masih dapat mengimbangi mekanisme pengerasan regang. Pada umumnya semakin tinggi deformasi semakin rendah temperature rekristalisasinya. Artinya, temperature terrendah untuk pengerjaan panas menjadi lebih rendah jika deformasi dilakukan pada tingkat yang lebih tinggi. Temperatur Tertinggi Pengerjaan PanasBatas atas dari temperature pengerjaan panas ditentukan oleh temperatur di mana telah mulai terjadinya oksidasi berlebihan atau temperature titik leleh logamnya. Umumnya temperatur tertinggi pengerjaan panas dibatasi sampai 100 Fahrenheit di bawah titik leburnya. Batas ini didasari oleh kemungkinan terdapatnya segregasi bahan logam yang memiliki titik lebur yang lebih rendah. Tahapan Operasi-Proses Pengerjaan Panas Secara umum, proses pengerjaan panas dilakukan secara bertahap. Pada tahap awal dan antara, pengerjaan panas cenderung dilakukan pada temperature yang relative tinggi. Hal ini untuk memanfaatkan tegangan alir yang lebih rendah. Gaya deformasi menjadi lebih rendah. Pada tahap akhir biasanya dilakukan pada temperature yang lebih rendah. Dilakukan sedikit di atas temperatur rekristalisasi. Hal ini dilakukan untuk mendapatkan struktur butiran yang halus. Sebagian produk akhir pengerjaan panas mensyaratkan struktur butir yang halus. Sebagai usaha untuk memastikan agar mendapatkan struktur butir yang halus, maka pengerjaan panas pada tahap akhir dilakukan dengan tingkat deformasi yang lebih tinggi.Keuntungan Pengerjaan Panas Untuk Deformasi Logam1. Energy deformasi relative rendah2. Kemampuan alir logam relative lebih tinggi3. Mengurangi ketidakseragaman atau segregasi unsur kimia4. Mengurangi porositas5. Mengurangi struktur coran, butir kolumnar menjadi lebih halus6. Memecah dan mendistribusikan inklusi non logam menjadi lebih kecil dan memanjang7. Meningkatkan keuletan dan ketangguhan benda kerjaKeterbatasan Pengerjaan Panas Pada Deformasi Logam1. Terjadi oksidasi pada permukaan logam, kehilangan sebagian logam menjasi kerak/karat2. Terjadi dekarburisasi pada permukaan, khusus baja3. Terjadi penurunan kualitan permukaan akibat ter-rolling lapisan oksida4. Dimensi produk Kurang akurasi karena sulit memperhitungkan factor ekspansi dan konstraksi yang terjadi.5. Ada kemungkinan terjadi hor shortness atau rapuh panas6. Terjadi ketidak homogenan struktur pada permukaan dengan bagian dalam akibat perbedaan temperature dan deformasi.Jenis Pengerjaan Panas:

1. Pengerolan panas/dingin (Rolling)Rolling atau dalam bahasa Indonesia teknik disebut pencanaian adalah proses reduksi atau pengurangan luas penampang atau pengurangan ketebalan atau proses pembentukan logam melalui deformasi dengan melewatkan benda kerja pada satu pasang roll yang berputar dengan arah berlawanan.proses Rolling bisa dilakukan melalui Hot Working maupun Cold Working Skematika dari proses pencanaian ditunjukkan pada gambar di bawah:

Proses Pembentukan Logam Teknologi Rolling, AnimasiCelah atau gap antara dua roll yang berputar lebih kecil daripada ketebalan H0bar atau logam yang akan masuk. Benda kerja terjepit diantara dua roll, sehingga timbul gaya gesek yang diperlukan untuk menggigit dan menarik benda kerja, bar atau lembaran agar dapat melewati roll.Batang atau lembaran logam yang melewati roll berputar akan mengalami tegangan tekan dan tegangan geser permukaan. Tegangan geser menimbulkan tegangan gesek antara permukaan roll dengan benda kerja. Gaya gesek ini bertanggung jawab untuk menarik benda kerja agar dapat masuk ke dalam celah roll. Deformasi akan menghasilkan benda kerja menjadi bertambah panjang dengan luas penampang atau tebal yang menurun.Jumlah deformasi atau reduksi yang dicapai dalam operasi pencanaian flat/datar biasanya dihitung dari pengurangan ketebalan dan dapat ditentukan dengan menggunakan formula sebagai berikut:R = 100% x ( H0- H1) / H0R = besar reduksi dinyatakan dalam persen,H1= tebal benda kerja setelah rolling, tebal akhirH0= tebal benda kerja sebelum rolling, tebal awalMesin yang digunakan untuk melakukan proses pencanaian logam disebut Rolling Mill Stand atau biasa disebut mill stand saja. Mill Stand pada Rolling mill terdiri dari satu pasang roll yang digerakkan oleh motor listrik yang mentransmisikan gaya torsi melalui gigi dan cardans. Roll dilengkapi dengan bantalan dan dipasang dalam stand dengan mekanisme screw-down.Mill stand dibatasi oleh nilai maksimum dari roll separating force dan torsinya. Sedangkan Jumlah maksimum deformasi (reduksi ketebalan) yang dapat dicapai pada single rolling pass (satu kali reduksi) ditentukan oleh roll separating force maksimum, torsi maksimum, diameter work roll, koefisien gesekan, kekuatan mekanik benda kerja, dan lebarnya benda kerja yang di-rolling.Roll berdiameter kecil akan menghasilkan bidang kontak rolling menjadi kecil, sehingga mengakibatkan rendahnya nilai absolut dari maximum roll separating force dan torsi. Sehingga akan membatasi besarnya deformasi yang diperlukan untuk mencapai pengurangan ketebalan tertentu.Roll umumnya rentan terhadap bending dan hal ini menyebabkan tidak seragamnya distribusi ketebalan benda kerja yang dihasilkan. Untuk itu, rolling mill yang lebih Kompleks dirancang dengan menggunakan back-up roll untuk mengurangi efek bending:

Gambar2. Skematika Teknologi Tipe Mill Stand Pada Rolling MillBerdasarkan pada daerah temperature operasinya, proses rolling dikelompokan menjadi dua teknologi yaitu hot rolling dan cold rolling. Proses Canai Panas, Hot RollingHot rolling adalah operasi pencanaian yang dilakukan pada temperature yang lebih tinggi daripada temperature rekristalisasi. Pada proses Hot rolling, deformasi tidak menyebabkan terjadinya penguatan logam. Tegangan alir bahan akan semakin kecil dengan semakin tingginya temperature operasi. Energy deformasi yang dibutuhkan menjadi lebih kecil pada temperature lebih tinggi. Dengan demikian, deformasi dapat dilakukan pada benda kerja yang berukuran relative besar dengan total deformasi besar.

Pabrik Pengerolan Panas-Hot Rolling/Canai Panas2. Penempaan(Forging)Proses penempaan atau forging adalah proses pembentukan logam untuk menghasilkan produk akhir dengan memberikan gaya tekan dengan laju pembebanan tertentu. Pada pembentukan ini, benda kerja di pukul atau ditekan dengan perkakas melalui beberapa tahapan.Produk hasil tempa memiliki struktur serat/garis alir yang searah dengan kekuatan yang diharapkannya. Garis alir proses tempa cenderung mengikiuti pola bentuk luar benda tempanya. Pada umumnya proses tempa diaplikasikan untuk menghasilkan bentuk-bentuk yang tak beraturan, dengan ukuran mulai dari bentuk ukuran kecil sampai besar.Operasi tempa pada umumnya dilakukan pada temperatur tinggi atau hot working, terutama untuk benda kerja ukuran besar. Sebagian operasi tempa dilakukan pada temperatur rendah atau cold working untuk benda kerja berukuran relatif kecil. Untuk dapat menjadi Produk akhir, biasanya pembentukan dengan forging dilakukan secara bertahap seperti ditunjukkan pada gambar di bawah.

Skematika Tahapan Forging Pada Proses Pembentukan Komponen Automeotive. Produk Yang Dihasilkan Teknologi Forging/TempaBeberapa contoh produk yang dihasilkan dengan menggunakan teknologi pembentukan tempa dapat dilihat pada gambar di bawah. Peralatan dapur seperti sendok, garpu dan pisau makan merupakan produk-produk yang dibentuk dengan proses tempa. Sebagian suku cadang otomotive baik untuk sepeda motor maupu kendaraan roda empat juga dibentuk melalui teknologi forging.

Contoh Produk Hasil Pembentukan Dengan Metoda Forging/TempaBerdasarkan kecepatan pembentukannya, atau kecepatan pembebanannya, peralatan atau mesin operasi tempa dikelompokkan menjadi dua, yaitu:a) Penempaan cepat seperti Forging Hammer dan Drop Hammerb) Penempaan lambat seperti Forging PressBerdasarkan jenis cetakan, atau dies yang digunakan, operasi tempa biasanya dikelompokkan menjadi Open Die Forging dan Closed Die Forging.a. Open Die Forging, Tempa Dengan Cetakan Terbuka, Atau Tanpa CetakanOpen die forging adalah penempaan yang dilakukan dengan meletakkan benda kerja di antara die yang berbentuk datar, atau flat die atau yang berbentuk sederhana. Proses ini digunakan untuk produk yang berukuran besar dengan produktivitas rendah.Open die forging Biasanya digunakan untuk memberikan bentuk awal benda kerja yang akan dilanjutkan dengan penempaan yang menggunakan die tertutup, atau closed die forging.Beberapa contoh dari open die forging adalah: upsetting, edging, fullering, drawing, swagging, piercing dan punching.

Pabrik Pembentukan Dengan Teknologi Tempa Panas, Open Die Hot Forging Machineb. Closed Die Forging, Tempa Dengan Cetakan TertutupClosed die forging adalah operasi penempaan yang menggunakan sepasang die block yang secara presisi membentuk benda kerja yang diinginkan. Die block dibuat melalui pemesinan atau casting. Penempaan dengan menggunakan die block ini akan menghasilkan produk yang memiliki toleransi ukuran yang lebih presisi. Die block terdiri dari dua bagian, yaitu die bagian atas, dan die bagian bawah. Closed die forging umumnya diaplikasikan untuk benda kerja berukuran relatif kecil.Closed die forging diterapkan secara bertahap dimulai dengan proses fullering dan edging pada bahan baku untuk memberikan bentuk awal benda kerja. Kemudian dilakukan penempaan kasar dengan rough die block. Pada tahapan ini terjadi perubahan bentuk yang relatif besar. Tahap penempaan akhir dilakukan dengan finishing die untuk memperoleh benda kerja yang sesuai dengan bentuk dan ukuran dari rancangan produk akhir.Pada proses tempa ini, volume benda kerja harus cukup untuk dapat mengisi seluruh rongga cetakan dengan sempurna. Sulitnya menentukan volume yang tepat, maka sering digunakan volume benda kerja yang relatif lebih besar.Kelebihan volume ini akan menyebabkan terjadinya aliran material secara lateral yang melebar ke luar dari rongga die dan membentuk pita logam tipis yang biasa disebut sebagai sirip atau flash. Untuk mencegah terjadinya flash yang berlebihan, atau flash terlalu lebar, pada die block disediakan rongga penampung yang disebut flash gutter. Setelah tahapan tempa terakhir, flash dipotong dengan menggunakan trimming die.Flash berfungsi sebagai penutup atau katup pengaman kelebihan logam pada rongga cetakan tertutup dan selain itu berfungsi sebagai penghambat aliran logam sehingga terjadi tekanan yang tinggi untuk memastikan logam akan mengisi rongga cetakan yang masih kosong.

Pabrik Pembentukan Dengan Teknologi Tempa Panas, Closed Die Hot Forging Machine3. EkstrusiEkstrusi merupakan proses pembentukan logam dengan memaksa logam keluar dari die dengan tekanan yang tinggi. Pada proses ini dapat dimungkinkan untuk terjadi deformasi yang berat.Pada direct atau forwaard extrusion, produlk keluar dari die searah dengan arah gerakan punch, sedang pada indirect (reverseatau back) extrusion produk keluar berlawanan dengan arah gerakanpunch.

Variabel-variabel utama yang mempengaruhi gaya ekstruksi adalahtipe dari ekstrusi (direct atau indirect), rasio ekstrusi, temperatur kerja, kecepatan deformasi dan gesekan logam antara dinding kontainer dan die. Gaya yang diperlukan untuk kedua proses ini berbeda dari segi besar gaya yang dikenakan. Bila Direct Extrusion gaya yang dibutuhkan lebih besar dari pada indirect extrusion, dikarenekan ada beberapa hal :Pada saat yang sama untuk kedua proses, tekanan akan naikdengan cepat pada awal langkah dari punch. Hal ini diperlukan guna menekan billet untuk mengisi kontainer.- untuk direct, logam mulai mengalir melalui die pada tekanan yang maksimum (break through pressure). Setelah ada bagian billet yang keluar dari die maka tekanan akan berangsur-angsur turun sesuai dengan pengurangan panjang billet yang ada dalam kontainer.- untuk lndirect, disinl tidak ada gerakan reratif antara billet dan dinding kontainer, oleh karena itu tekanan ekstrusilebih rendah dan tampak hampir konstan dengan bertambahnyalangkah punch (menunjukan besar tegangan yang diperlukan untuk mendeformasi logam melalui die)- Pada akhir langkah dari punch untuk kedua proses, tekananakan. naik dengan cepat dan langkah punch harus segera dihentikan (sisa billet yang harus dibuang).4. Drawing drawing, penarikan kawat merupakan suatu proses pembentukan logam dengan cara menarikwire rod, kawat batangan, melaluidiesatau cetakan oleh gaya tarik yang bekerja pada bagian luar dan ditarik ke arah luardies, cetakan. Proses drawing bias dilakukan dengan pengerjaan panas maupun dingin. Terjadinya aliran plastis pada pembentukan ini disebabkan oleh adanya gaya tekan yang timbul sebagai reaksi dari logam terhadap cetakan.

Proses Pembentukan Logam Teknologi Wire Drawing,Tujuan utama dari penarikan kawat adalah untuk mengecilkan diameter batang kawat,wire rod. Batang Kawat berdiameter D1 direduksi dengan memberi gaya tarik melalui cetakan menjadi kawat beriameter D2. Sehingga terjadi reduksi area atau pengurangan luas penampang yang dinyatakan dengan formula berikut:r = reduksi area = 1 (D2/D1)2Skematika cetakan untukwiredrawingditunjukan pada Gambar 2. Konstruksi tempat masuknya logam ke cetakan (die) dibuat sedemikian, sehingga kawat yang masuk cetakan akan menarik pelumas bersama dengan masuknya batang kawat. Bentuk lonceng dibuat agar dapat meningkatkan tekanan hidrostatis dan memindahkan aliran pelumas.

Gambar 2. Skematika Die Untuk Wire Drawing, Penarikan KawatSudut reduksi (reduction angle) adalah bagian dari cetakan di mana terjadi reduksi diameter. Sudut reduksi ini merupakan variabeldies yang sangat penting dalam proseswiredrawing. Pada daerah bantalan (bearing) tidak terjadi reduksi diameter, namun menambah gesekan pada permukaan kawat. Fungsi utama daerah permukaan bantalan adalah untuk memastikan diameter danroundnesskawat sesuai dengan targetnya. Tirus belakang (backrelief) padadiesmemungkinkan kawat untuk mengembang sedikit, setelah kawat keluar dari cetakan.

Gambar 3. Dies Untuk Wire Drawing, Penarikan Dalamb) Proses Pengerjaan Dingin Pada Logam, Cold WorkingPengertian DefinisiPengerjaan dingin pada logam merupakan proses deformasi pada yang dilakukan pada temperature di bawah temperature rekristalisasi. Pada temperature ini, deformasi akan menyebabkan benda kerja mengalami pengerasan regang dan perubahan struktur butiran. Benda kerja menjadi lebih keras dan kuat dengan Struktur yang mengadung sejumlah regangan. Denda kerja kehilangan sebagian besar keuletannya sehingga menjadi getas.Peningkatan kekuatan menyebabkan logam menjadi sulit dideformasi lebih lanjut. Dalam keadaan yang ekstrim benda kerja menjadi tidak dapat dibentuk dan menjadi sangat rapuh atau getas. Peningkatan kekuatan pada pengerjaan dingin terkait dengan peningkatan kerapatan dislokasi pada logamnya. Semakin besar deformasi yang diberikan, maka semakin tinggi kerapatan dislokasinya dan semakin keras logam yang dihasilkan.Agar benda kerja hasil dari pengejaan dingin ini dapat di bentuk menjadi produk akhir, maka dilakukan proses perlakuan panas anil. Dengan melakukan proses anil, maka benda kerja hasil pengerjaan dingin dapat dibentuk sesuai dengan aplikasinya. Keuletan banda kerja yang hilang selama pengerjaan dingin dapat diperoleh kembali dengan proses anil. Namun demikian, peningkatan keuletan ini diikuti dengan menurunnya kekuatan dan kekerasan.Pengaruh Pengerjaan Dingin Terhadap Sifat Mekanik Bahan LogamPerubahan sifat mekanik akibat pengerjaan dingin dapat dilihat pada gambar 1 di bawah. Kekuatan benda kerja meningkat dengan meningkatnya tingkat atau persen pengerjaan dingin. Namun demikian, peningkatan ini diiringi dengan penurunan sifat keuletan benda kerjanya. Hal ini menunjukan bahwa benda kerja akan menjadi lebih getas setelah proses pengerjaan dingin.

Gambar 1. Pengaruh Deformasi Terhadap Sifat Mekanik Bahan LogamPengaruh Pengerjaan Dingin Terhadap Struktur Mikro Bahan LogamGambar 2 menunjukkan pengaruh deformasi terhadap perubahan struktur mikro baja karbon seri 1008. Butir-butir awal yang semula adalah ekuiaksial (relative bulat) menjadi butir-butir yang memanjang atau pipih setelah dideformasi dengan tingkat reduksi 42 persen dan 64 persen. Semakin tinggi tingkat deformasinya, maka butir-butirnya menjadi semakin pipih.

Gambar 2. Pengaruh Deformasi Terhadap Struktur Mikro BajaDibandingkan dengan pengerjaan panas, pengerjaan dingin menpunyai Keunggulan antara lain :1. Tidak perlu pemanasan2. Hasil pengerjaan permukaan lebih baik.3. Kontrol terhadap dimensi bisa lebih teliti.4. Menaikkan kekuatan.Keterbatasannya antara lain :1. Perlu energi yang lebih besar.2. perlu peralatan yang besar dan kuat pula.3. ductility dari barang menjadi menurun.4. Permukaan logam yang akan dikerjakan harus bersih.5. Terjadi penambahan kekerasan ( stain hardening ).Jika prose pengerjaan dingin terjadi secara berlebihan, mak logam akan pecah sebelum mencapai bentuk dan ukuran yang dikehendaki. Jenis jenis cold working

1.pembengkokan (bending)

Dalam proses ini benda kerja dikenal beban / tekanan secara permanent sehingga terjadi distorsi sesuai bentuk yang diinginkan. Gambar berikut menunjukkan beberapa contoh hasil proses pembengkokkan (bending) lembaran logam :

Produk hasil proses bending2.ShearingProses pengguntingan (shearing) : merupakan proses pemotongan dengan cara menekan dua sisi pisau tajam ke lembaran logam (sheet metal). Proses proses seperti blanking, parting, punching, nibbling, nothcing dan shearing semuanya merupakan shearing operatin

Beberapa Contoh Proses Pengguntingan (Shearing)Proses pembubutan (turning) : merupakan pemotongan logam yang dilaksanakan dengan jalan memutar (turning) benda kerja dan kemudian memotong / merautnya dengan memakankan sebuah pisau / pahat potong ke benda kerja tersebut. Proses perautan disini umumnya dilaksanakan melalui sebuah mesin bubut (engine lathe) dan meliputi proses facing, contour turning, threading, parting, drilling, knurling, dan lain lain. Berikut sketsa sederhana dari proses pembubutan.