PEMBENTUKAN LOGAM (METAL FORMING)
Definisi
Proses pembentukan (forming) adalah proses mengubah bentuk logam dengan suatu gaya pada arah tertentu tanpa menyisakan serpih
Proses pembentukan tergantung pada sifat plasticity (plastisitas), yakni kemampuan mengalir sebagai padatan tanpa merusak sifat-sifatnya.
Kelebihannya & Kekurangannya
Kelebihannya: 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 Bebas
1. Material permukaan: sifat kimia dan persyaratan sifat dan karakteristik bahan. Dasar pemilihan: kemudahan fabrikasi, dibatasi oleh sifat produk yang diinginkan.
2. Geometri mula dari benda kerja; dipilih dari varitas bentuk yang ada atas pertimbangan ekonomi
3. Geometri 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 pemberian
5. Suhu permukaan baik untuk benda kerja dan perkakas
6. Kecepatan operasi: mempengaruhi efektivitas pelumas, gaya yang diperluakn untuk operasi, waktu tersedia untuk pndah panas
7. Jumlah deformasi
Variabel Tak Bebas
1. Gaya/ daya yang diperlukan2. Sifat 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.
3. Exit / final temperature4. Surface finish (permuakaan akhir) dan
kehalusan5. Sifat aliran bahan
Friksi dan Lubrikasi
Beberapa proses 50% energi input digunakan untuk mengatasi gesekan
Surface finish dan kepresisisan produk dipengaruhi oleh friksi
Pada gear, bearing, journal dan komponen sejenis, kondisi friksi melibatkan:
1. Dua permukaan dengan material dan kekuatan serupa
2. Di bawah beban elastik di mana salah satu komponen mengalami perubahan bentuk permanen
3. Keausan berbentuk lingkaran yang menghasilkan kesesuaian permukaan
4. Umumnya suhu rendah sampai sedang
Pada proses pembentukan
Tool keras dan tak mampu bentuk Hanya sekali / satu tahap deformasi Benda 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.
1. Bila beban ringan hanya 3 titik yang kontak2. Bila beban naik luasan kontak naik3. Bila beban tinggi seluruh permukaan kontak4. Bila beban dinaikkan lagi maka luasan
permuakaan kontak tak akan naik lagi dan friksi tetap
Slope (gradien)
P
Tekanan kontak, P
Friksi, FF
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 kerja
Warm working adalah deformasi di bawah kondisi transisi (yakni suhu kerja antara 0.3 dan 0.6 kali suhu leleh).
Hot working
Hot 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 kimiawi Pori-pori dapat dilas atau direduksi ukurannya selama
deformasi Struktur 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 sekitarnya
Toleransi yang miskin karena pemendekan termal dan kemungkinan pendinginan yang tidak uniform
Struktur 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 1. pertumbuhan butir atau 2. deformasi tambahan dan rekristalisasi 3. 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 ketangguhan
Reorientasi partikel inklusi atau pengotor yang ada pada logam
Cold working
Cold 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 working Tidak diperlukan panas Permuakan akhir yang diperolehlebih bagus Kontrol dimensi lebih bagus sehingga sedikit/tidak
memerlukan pemesinan lanjutan Produk memiliki kemampuan reproduksi dan mampu tukar
yang lebih bagus Sifat kekuatan, kelelahan dan keausan ditingkatkan melalui
strain hardening Sifat terarah dapat diberikan Problem kontaminasi diminimisasi
Kelemahan cold working
Diperlukan gaya yang lebih besar untuk memulai dan menyelesaikan proses cold work
Diperlukan perangkat yang lebih berat dan lebih kuat Kurang keuletan Permukaan logam harus bersih bebas sisik Anneal antara mungkin diperlukan untuk
mengkompen-sasi hilang keuletan yang menyertai strain hardening
Pemberian sifat yang terarah mungkin merusak Tegangan sisa yang tak diinginkan mungkin
diproduksi
Sifat logam pada cold working
Kesesuaian 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 X1 Deformasi plastis dr X1 sd X4 X4 material putus Besar 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 banyak Keuletan 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 back
Bila 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 penting
Pada 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.
Top Related