TUGAS TEKNIK PEMBENTUKAN

EXTRUSION PROCESS

Disusun oleh:

1. NUR HAFID

I04090382. RISDIYANTO EDY SAPUTRO

I0409044JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

MEI 201318.1 Pendahuluan

Ekstrusi adalah proses pembentukan dengan penekanan logam kerja sehingga mengalir melalui cetakan yang terbuka untuk menghasilkan bentuk pada bagian melintang sesuai dengan yang diinginkan. Klasifikasi berdasarkan konfigurasi fisik ekstrusi dibedakan menjadi 2 jenis, yaitu:

-Ekstrusi langsung (direct ekstrusion),

-Ekstrusi tidak langsung (indirect ekstrusion).

Gambar 18-1a menggambarkan proses ektrusi langsung. Logam yang diekstrusi dipasangkan didalam wadah, kemudian ram ditekan dengan gaya tertentu, sehingga logam kerja mengalir melalui satu atau lebih cetakan yang ditempatkan pada ujung wadah. Gambar 18-1b menggambarkan ekstrusi tidak langsung. Cetakan dipasang pada ujung ram yang berlubang. Pada saat ram menekan benda kerja, logam yang ditekan mengalir melalui lubang ram dalam arah yang berlawanan dengan arah gerakan ram.Ekstrusi impak dilakukan dengan kecepatan yang lebih tinggi dan gerakan yang lebih pendek dibandingkan dengan ekstrusi konvensional. Ekstrusi impak/tumbuk digunakan untuk membuat komponen secara tersendiri. Tumbukan dapat dilakukan dengan ekstrusi ke depan (forward), ekstrusi ke belakang (backward), pada umumnya dilakukan dalam keadaan dingin. Ekstrusi impak ke belakang lebih banyak digunakan. Produk yang dibuat dengan proses ini antara lain tabung pasta gigi. Dengan kecepatan tinggi dapat dihasilkan reduksi yang besar dan kecepatan produksi yang tinggi.18.2 Alat Pemroses EkstrusiKebanyakan ekstrusi dibuat dengan hidrolik tekan. Hidrolik tekan untuk ektrusi bisa diklarifikasikan berdasarkan arah tekan, yaitu: 1. Tekan horizontal dan 2. Tekan vertikal.Tekan vertikal biasanya menggunakan gaya tekan ram 3 sampai 20 MN. Keuntungannya antara lain: tingkat produksi lebih tinggi, pendinginan bilet yang seragam dalam wadah, deformasi seragam sehingga hasilnya simetris dan ruang yang digunakan lebih kecil dibandingkan tekan horizontal. Namun, penekanan ini perlu ruang yang cukup besar, dan untuk membuat ekstrusi yang cukup panjang, lubang lantai sering diperlukan. Dalam ekstrusi tekan horizontal billet bawah yang terletak di kontak dengan wadah akan dingin lebih cepat dari pada permukaan atas, kecuali wadah ekstrusi dipanaskan secara internal dan deformasi akan seragam. Dalam operasi komersial penggunaan utama untuk menekan vertikal dalam produksi tabung dinding tipis. Ekstrusi tekan horizontal digunakan gaya tekan dengan kapasitas 15 sampai 50 MN dalam operasi rutin, sementara menekan beberapa kapasitas 140 MN telah dibangun.

Kecepatan tekan ram dapat menjadi pertimbangan penting karena kecepatan ram tinggi diperlukan dalam ekstrusi suhu tinggi dimana ada masalah perpindahan panas dari billet kealat. Kecepatan ram dari 0,4 sampai 0,6 dapat digunakan dalam ekstrusi logam tahan api sehingga memerlukan sistem hidrolik tekan dengan akumulator. Pada paduan aluminium dan tembaga cenderung sesak panas sehingga kecepatan ram harus dibatasi untuk .

Gambar 18-3 mengilustrasikan perakitan perkakas ekstrusi khas. Perakitan ini dirancang untuk memudahkan penggantian kerusakan bagian dan untuk mengerjakan ulang dan penggunaan kembali komponen perkakas. Tumpukan terdiri dari die (6), terbuat dari perkakas paduan baja, yang didukung oleh pemegang die (5) dan penyokong (7) yang semuanya ditempatkan di permukaan tempat duduk dengan tekanan yang diterapkan oleh baji (1). Karena wadah ekstrusi harus menahan tekanan tinggi, biasanya dibuat dalam dua bagian. Sebuah liner (4) menyusut ke dalam wadah yang lebih besar (3) untuk menghasilkan tekanan pada permukaan dalam liner.

Ada dua jenis umum die ekstrusi. Dies permukaan datar (Gbr.18-4a) digunakan ketika logam memasuki mati membentuk zona mati dan gunting internal untuk membentuk sudut mati sendiri. Sebuah tanah paralel di sisi keluar dari die membantu memperkuat die dan memungkinkan untuk mengerjakan ulang dari permukaan datar di sudut masuk (Gbr.18-4b) digunakan dalam ekstrusi dengan pelumasan yang baik. Penurunan sudut die meningkatkan homogenitas deformasi dan menurunkan tekanan ekstrusi, tetapi di luar titik gesekan di permukaan die menjadi terlalu besar. Untuk operasi ekstrusi yang paling sudut semidie optimal adalah antara 45 dan 60.

18.3 Ekstrusi PanasVariabel utama yang mempengaruhi gaya yang dibutuhkan untuk menyebabkan ekstrusi adalah (1) jenis ekstrusi (langsung vs tidak langsung). (2) rasio ekstrusi, (3) suhu kerja, (4) kecepatan deformasi, dan (5) kondisi gesekan pada die dan dinding wadah.

Dalam Gbr.18-5 tekanan ekstrusi diplot terhadap wisata ram untuk intrusi langsung dan langsung. Tekanan Ekstrusi adalah kekuatan ekstrusi dibagi dengan luas penampang billet. Kenaikan pesat dalam tekanan selama perjalanan awal ram karena kompresi awal billet untuk mengisi wadah ekstrusi. Sebagai ekstrusi billet melalui tekanan die yang dibutuhkan untuk mempertahankan aliran semakin menurun dengan penurunan panjang billet dalam wadah. Untuk ekstrusi tidak langsung tidak ada gerak relatif antara bilet dan dinding wadah. Rasio ekstrusi adalah rasio luas penampang awal billet ke daerah penampang akhir setelah ekstrusi,

Rasio ekstrusi mencapai sekitar 40: 1 untuk ekstrusi panas baja dan mungkin setinggi 400:1 untuk aluminium. Hal ini penting untuk menghargai perbedaan antara pengurangan pecahan di daerah,

Karena ada keteguhan dari laju aliran massa melalui mati, kecepatan dari produk diekstrusi adalah ram kecepatan x R, sehingga kecepatan geser cukup tinggi dapat dicapai sepanjang lahan mati. Tekanan ekstrusi adalah langsung berkaitan dengan logaritma natural dari rasio ekstrusi, sehingga gaya ekstrusi dapat dinyatakan sebagai:

(18-1)

Dimana k = "ekstrusi konstan," merupakan faktor keseluruhan yang menyumbang aliran tegangan, gesekan, dan deformasi homogen.

Keuntungan ekstrusi panas:

Kekuatan logam dapat dikurangi, dan keuletan ditambah;

Dapat mendeformasi logam kerja dengan pengurangan dimensi yang cukup besar;

Gaya ram yang dibutuhkan lebih kecil dan gerqkan ram yang lebih cepat;

Struktur butir kristal produk akhir yang dihasilkan lebih baik.

Dalam ekstrusi baja billet dipanaskan di kisaran 1.100 - 1.200C, sedangkan perkakas dipanaskan menjadi sekitar 350C. Tekanan ekstrusi umumnya dalam kisaran 800 - 1200 MPa. Ekstrusi panas paduan aluminium-kekuatan yang lebih rendah dicapai tanpa pelumasan billet. Logam deformasi sangat tidak seragam, yang menghasilkan variasi yang luas dalam menanggapi perlakuan panas.

Untuk tekanan ekstrusi tertentu, rasio ekstrusi yang dapat diperoleh meningkat dengan meningkatnya suhu. Untuk setiap temperatur tertentu rasio ekstrusi yang lebih besar dapat diperoleh dengan tekanan yang lebih tinggi. Maksimum temperatur billet, dengan asumsi bahwa tidak ada batasan mondar-mandir, kekuatan alat dan die, ditentukan oleh suhu di mana leleh baru jadi atau sesak panas terjadi pada ekstrusi. Kenaikan suhu ekstrusi akan ditentukan oleh kecepatan ekstrusi dan jumlah deformasi (rasio ekstrusi). Oleh karena itu, kurva yang merupakan batas atas untuk wilayah ekstrusi aman miring ke atas ke arah kiri. Pada kecepatan rendah ekstrusi ada disipasi panas yang lebih besar, dan rasio ekstrusi diijinkan untuk diberikan panaskan suhu meningkat. Yang diijinkan rentang ekstrusi adalah wilayah di bawah kurva tekanan konstan dan kecepatan ekstrusi.18.4 Deformasi, Pelumasan, dan Cacat pada Proses EkstrusiTekanan yang dibutuhkan untuk menghasilkan ekstrusi tergantung pada jalur aliran metal dalam wadah dan die ekstrusi, dan sangat ditentukan oleh kondisi pelumasan. Cacat tertentu yang terjadi pada ekstrusi secara langsung berhubungan dengan cara logam terdeformasi selama ekstrusi. Gambar 18-6 menunjukkan jenis karakteristik deformasi pada ekstrusi. Deformasi yang hampir homogen ditunjukkan pada Gambar. 18-6a. Hal tersebut menjadi ciri khas dari billet yang diletakkan pada wadah rendah gesekan yang dilumasi dengan baik, ekstrusi hidrostatik pada billet yang dikelilingi dengan fluida bertekanan, atau juga pada ekstrusi tidak langsung (Gambar 18-6d). Deformasi pada billet relatif seragam sampai pada saluran masuk cetakan. Gambar 18-6b merupakan contoh kasus peningkatan gesekan pada dinding wadah, ditunjukkan dengan distorsi yang besar pada pola grid di sudut-sudut cetakan sehingga menghasilkan zona mati pada logam stagnan yang mengalami sedikit deformasi. Grid elemen yang berada pada tengah billet mengalami elongasi yang sebenarnya sehingga menjadi batang yang terekstrusi, sementara bagian-bagian yang berada didekat sisi billet mengalami deformasi geser yang besar. Distorsi geser membutuhkan pengeluaran energi yang tidak berhubungan dengan perubahan dimensi eksternal dari billet untuk menghasilkan produk ekstrusi, dan ini disebut pekerjaan berlebihan. Untuk gesekan tinggi pada antar permukaan wadah dan billet, aliran terkonsentrasi dan berkembang. Menuju pusat dan bidang geser internal. Kondisi ini juga dapat terjadi ketika permukaan billet didinginkan oleh wadah yang dingin. Ketika terjadi gesekan antara billet dan wadah, sepanjang zona geser bagian dalam pada logam akan terpisah dan menyisakan lapisan tipis pada wadahnya. Semua permukaan ekstrusi yang mengalami kondisi deformasi tersebut akan menjadi material yang baru.

Pelumasan yang efektif pada ekstrusi panas harus mempunyai kekuatan geser yang rendah namun tetap cukup stabil untuk mencegah terjadinya breakdown pada temperatur tinggi. Untuk ekstrusi panas pada baja dan paduan nikel pelumas yang sering digunakan adalah lelesan gelas, proses Ugine-Sejournet, pada pengaplikasian pelumas ini billet dipanaskan pada atmosfer inert dan dilapisi dengan bubuk gelas sebelum dimasukan pada cetakan press. Lapisan gelas tidak hanya menjadi pelumas antara billet dan dinding wadah, tetapi juga berfungsi sebagai insulasi panas untuk mengurangi panas yang hilang ke alat-alat. Bagaimanapun juga, sumber utama pelumasan adalah alas gelas yang diletakan pada permukaan cetakan bagian depan.selama proses ekstrusi billet yang panas melunakan alas gelas dan menjadi lapisan pelumas antara ekstrusi dan cetakan, dengan ketebalan khas 25.. Ketebalan lapisan tergantung pada tingkatan dimana pelumasan menjadi lumer atau berkurang, dibandingkan dengan tegangan gesernya. Interaksi yang kompleks akan terjadi pada pelumasan yang optimum, temperatur, dan kecepatan ram. Jika kecepatan ram terlalu rendah, pelumasan akan menimbulkan ketebalan lapisan dengan tekanan initial ekstrusi yang rendah, tetapi ini akan menjadi tempat penampungan pelumasan menuju ke saluran buang dengan cepat, dan membatasi panjang benda yang diekstrusi. Jika kecepatan terlalu tinggi maka lapisan menjadi tipis dan berbahaya. Modifikasi pada teknik ini adalah dengan mengaplikasikan tebal lapisan tipis gellas hanya pada sekeliling billet untuk menyerok pelumasan hydrostatik. Pada kasus ini kekentalan pelumasan mempunyai pengaruh yang kuat terhadap tekanan ekstrusi.

Lapisan pelumasan yang tipis harus komplit dan kontinyu agar dapat berhasil. Celah pada film akan menjadi awal terjadinya shear zone yang mana dapat menimbulkan retak pada permukaan. Pelumasan yang tipis juga akan terbawa pada bagian dalam ekstrusi selama pita shear bands menampilkan laminasi longitudinal pada produk. Laminasi oksida dapat dibuat dengan cara yang sama.

Ada beberapa macam cacat ekstrusi yang lainnya yang harus dilindungi juga. Karena deformasi yang tidak seragam dalam ekstrusi direct pada billet, bagian tengah dari billet bergerak lebih cepat dari batas luarnya . hasilnya dead metal zone memperluas down pada bagian luar dari billet. Setelah 2/3 dari billet yang terekstrusi, bagian luar billet akan bergerak menuju pusat dan terekstrusi melewati die yang dekat sumbu axis batang. Pada permukaan billet terkandung kulit oksida, tipe dari hasil aliran ini pada bagian dalam balok oksida. Cacat yang dapat dipertimnangkan pada internal pipe, dan ini diketahui dengan nama ekstrusion defect. Pada bagian melintang yang melewati proses ekstrusi ini akan muncul dengan bentuk lingkaaran oksida Cacat pada proses pembentukan ini cendrung bertambah seiring dengan terjadinya gesekan terjadi pada greater. Jika billet uang dipanaskan ditemptkan pada wadah ektrusi yang dingin , maka lapisan luar dari billet akan menjadi dingin dan arah aliran hambatan pada daerah ini akan meningkat. Oleh sebab itu, greater cendrung akan meningkat pada bagian tengah billet yang terekstrusi sebelum permukaan kulitnya, dan kecendrungan terbentuknya cacat ekstrusi yang meningkat.

Salah satu cara untuk menghindari cacat ekstrusi yaitu dengan mengeluarkan operasi ekstrusi hanya pada bagian dimana oksidai permukaan melalui saluran masuk die dan kemudian melepaskan sisa dari billet. Prosedur ini mungkin menyebabkan konsekuensi ekonomi yang serius karena sebanyak 30% dari billet terjadi sisa pada pusat dimana cacat ekstrusi ini terjadi. Prosedur alternative ini biasanya diaplikasikan pada ekstrusi kuningan, dengan menggunakan blok follower, pada saat ram menekan blok follower kedepan, mengeruk billet dan sisa lapisan permukaan yang teroksida pada wadah.

Ketika ekstrusi dibawa ke titik dimana panjang dari billet tersisa dalam wadah sekitar diameternya, aliran radial yang cepat yang menuju die menghasilkan lubang aksial, atau corong , di bagian akhir dari ekstrusi, dan maka metal ini harus dibuang. Panjang dari cacat ini dapat di kurangi dengan mencondongkan permukaan dari ram pada sudut ram axisnya.

Keretakan permukaan, berkisar dari kekerasan permukaan yang besar dan keretakan pada garis yang melintang dan berulang disebut fir-free cracking (gambar 15-34b) dapat dibuat dengan longitudinal tensiloe stress yang dihassilkan saat ekstrusi melewati die. Pada ekstrusi panas bentuk retak ini biasanya berbentuk intergranular dan dihubugkan dengan hot shortness. Kasus yang paling umum ini adalah kecepatan ram yang terlalu tinggi untuk temperatur ekstrusi. Pada temperatur rendah dimana hot shortness tidak dapat terjadi retak yang melintang dipercaya disebabkan oleh pembentukan yang mendukung dasar die dan tiba-tiba terjadi tekanan dan berhenti.

Pusat ledakan, atau retak chevron (gambar 15-34c) dapat terjadi pada ekstrusi dengan rasio rendah. Ini menunjukan jika cacat ini berhubungan dengan pengaruh kondisi gesekan pada zona deformasi pada die ekstrusi. Pada hal ini gesekan yang besar akan menahan tool-billet menimbulkan suara produk saat pusat ledakan terjadi ketika gesekan rendah.

Karen deformasi yang tak seragam, saat proses ekstrusi, perkiraan variasi dan properti pada struktur pengerjaan pannas atau peopertis setelah perlakuan panas akan dipertimbangkan. Masalah yang sering muncul adalah variasi pada setruktur dan properti pada ujung dan pangkal proses ekstrusi baik arah longitudinal dan arah transversal. Daerah dengan pertumbuhan butir yang berlebihan pada umumnya ditemukan dalam hot ekstrusi. Daerah butiran kasar ini muncul pada permukaan hingga pusat tergantung dari kondisi deformasinya.

18.5 Analisis Proses EkstrusiDengan menggunakan pendekatan energi deformasi seragam (Sec. 15-2), deformasi plastis per satuan velume dapat dinyatakan dengan.

Rumus kerja yanng terlibat yaitu

Dimana dapat didefinisikan sebagai tegangan aliran effektif pada compressi, dengan demikian

Ini merupakan rumus tekanan ekstrusi ideal, karena dianggap tidak terjadi gesekan dan deformasi yang berlebihan. Jika kita mendefinisaikan proses effesiensi sebagi rasio yang ideal untuk energi aktual persatuan volume, kita dapat menyatakan tekanan ekstrusi aktual Pe sebagai berikut,

Ini akan dicatat bahwa ini hanyalah cara lain untuk menyatakan persamaan (18.1)

Pengukuran yang cermat terhadap gaya ekstrusi yang dibuat oleh DePierre1 menunjukkan bahwa gaya ekstrusi total Pe adalah jumlah gaya pada die Pd, gaya gesekan antara lapisan wadah dan gangguan billet, Pfh. Dan gaya gesek antara lapisan wadah dan the follower Pff' Generally, Pff.

Dengan mengasumsikan tegangan gesek billet sama dengan , tekanan ram yang dibutuhkan pada gesekan wadah.

Dengan langsung mengukur Pe dan Pd memungkinkan untuk mendapatkan nilai yang baik untuk tegangan geser gesekan.

Pendekatan sederhana untuk menentukan tekanan die Pd adalah dengan menggunakan analisis slab untuk mencatat gesekan pada ekstrusi melalui die kerucut. Sachs telah melakukan Analisis ini untuk gesekan geser coulomb. Solusinya adalah dengan menganalogikan langsun bahwa untuk wiredrawing melalui die kerucut diberikan dalam Sec. 19-3.

Sementara analisis gesekan die ini, tidak memungkinkan untuk deformasi yang berlebihan. Namun, ekstrusi mungkin merupakan masalah yang paling sering dipelajari menggunakan slip-line field theory..4-8 Berikut masalah telah dipelajari untuk merencanakan deformasi regangan tanpa mempertimbangkan gesekan. Semua studi ini menghasilkan solusi bentuk.

Material melintang yang melalui volume kerucut terpotong pada zona deformasi didefinisikan oleh Db diameter billet dan diameter ekstrusi De 'Untuk sudut semicone 45 .

18.6 Ekstrusi Dingin Dan Pembentukan DinginEkstrusi dingin dan pembentukan dingin digunakan untuk menghasilkan produk-produk tertentu, pada umumnya untuk pembentukan akhir atau mendekati akhir pembentukan. Kelebihan ekstrusi dingin adalah:

Kekuatan bertambah karena adanya pengerasan regang,

Toleransi sangat ketat (presesi),

Permukaan hasil ekstrusi halus karena tidak terjadi oksidasi,

Laju produksi tinggi.18.7 Ekstrusi Hidrostatik

Salah satu masalah yang dihadapi dalam ekstrusi langsung adalah gesekan antara billet dengan dinding wadah. Untuk mengatasi masalah ini digunakan fluida yang ditempatkan di sekeliling billet di dalam wadah. Fluida ditekan dengan menggerakkan ram ke depan, sehingga fluida menekan seluruh permukaan billet mengakibatkan logam mengalir melalui die terbuka.

18.8 Ekstrusi Tabung

Satu metode ekstrusi tabung yang menggunakan lubang bilet untuk mengawali pembentukan material. Lubang dibuat dengan dari proses pengecoran, dari permesinan atau penekanan panas hingga menembus material itu.

Metode modern ekstrusi tekan dengan sisten hidrolik dari pengoperasian ram. Madrel bergerak pada sumbunya dengan ram, tetapi dengan gerakan bebas (Gambar 18-8). Pada pengoperasian double-action ekstrusi tekan dengan langkah pertama untuk menyinggungkan billet dengan ram pada saat madrel ditarik mundur. Kemudian billet ditusukkan dengan tongkat madrel, disuntikkan penyumbat besi lewat die. Selanjutnya ram maju dan bilet ditekan lebih dari madrel utuk produk tabung.18.9 Produksi Pipa Dan Tabung Tanpa KelimPipa dan tabung dapat diklasifikasikan tanpa kelim atau dilas tergantung proses pembuatannya. Pengelasan tabung dibentuk dari lembaran dan dilas dengan pengerjaan panas, disatukan, atau pengelasan listrik. Gambar 18-8 menggambarkan metode ekstrusi yang baik, yaitu produksi pipa dan tabung tanpa kelim untuk logam.

Gambar 18-10a dipakai ekstensif untuk putaran menembus baja dan bilet tembaga. Pada proses melibatkan 2 barel shaped yang bergerak memutar dengan sudut yang telah diatur sebelumnnya. Biasanya proses ini dilakukan dengan pengerjaan panas.

Gambar 18-10b menunjukkan pengerolan dengan tabung yang berputar. Pengerjaan ini bertujuan untuk mengurangi dan mengulur/memanjangkan dan diakhiri dengan pengerjaan panas.Gambar 18-10c menunjukkan pengerolan dengan 2 corong memutar dengan 1 corong pojok yang mengangkat. Pengerjaan ini memungkinkan membentuk tabung yang konsentris dengan permukaan luar dan dalam lebih halus.Gambar 18-10d menunjukkan pengerolan yang bertujuan mengkilapkan permukaan luar dan dalam dan menghilangkan sedikit bentuk lonjong pada langkah terakhir produksi pipa atau tabung._1431371884.unknown

_1431372931.unknown

_1431371780.unknown