Download - rolling mill

Transcript
  • PENGERJAAN PANAS LOGAM Pertemuan 7Matakuliah: D0234 - Teknologi ProsesTahun: 2007

  • Learning OutcomesOutline Materi :Mahasiswa dapat menerangkan proses pengerjaan panas logam. Pembentukan Logam Secara Plastis Pengerolan Ekstrusi Pembuatan Pipa dan Tabung Penarikan Metode Khusus

  • PEMBENTUKAN LOGAM SECARA PLASTISPembentukan logam secara plastis adalah pembentukan dengan cara memberikan gaya-gaya luar kepada benda kerja (logam) sehingga terjadi deformasi plastis, dimana untuk memperoleh bentuk yang diinginkan volume atau massa logam dijaga tetap, hanya dipindahkan / didesak dari satu lokasi ke lokasi yang lain.7-2Pembentukan logam secara plastis dapat dilakukan dengan 2 cara, yaitu : pengerjaan panas, dan pengerjaan dingin.

  • Perbedaan antara pengerjaan panas dan dingin :PENGERJAAN PANASDilakukan di atas tempe- ratur rekristalisasi (baja sekitar 500O 700OC);Diperlukan gaya yang lebih rendah;Perubahan sifat mekanik kecil : - keuletan naik, - ketahanan terhadap impak naik. PENGERJAAN DINGIN Dilakukan di bawah tempe- ratur rekristalisasi; Diperlukan gaya yang lebih tinggi;Perubahan sifat mekanik besar : - keuletan turun, - kekuatan dan kekerasan naik.Catatan : beberapa jenis logam seperti timah hitam dan timah putih mempunyai daerah rekristalisasi rendah, sehingga pengerjaan pada suhu ruang tergolong penger-jaan panas.

  • Pengerjaan Panas adalah pembentukan dengan cara memanaskan bendakerja sampai di atas suhu rekristali-sasinya, kemudian diberikan gaya-gaya luar sehingga terjadi perubahan bentuk yang diinginkan.Keuntungan pengerjaan panas : Porositas dalam logam dapat dikurangi; Ketidak murnian dalam bentuk inklusi terpecah-pecah dan tersebar dalam logam; Struktur butir lebih halus; Sifat-sifat fisis meningkat; Jumlah energi yang dibutuhkan untuk mengubah bentuk relatif kecil.

  • Kerugian pengerjaan panas : Terjadi oksidasi dan pembentukan kerak pada permuka- an benda kerja sehingga penyelesaian permukaan tidak bagus; Dimensi bendakerja yang dihasilkan kurang akurat; Peralatan pengerjaan panas dan biaya pemeliharaan mahal.

  • Proses utama pengerjaan panas :

  • PENGEROLAN Baja cair didiamkan dalam cetakan ingot hingga membeku, kemudian dikeluarkan dari cetakan; Ingot panas dimasukkan dalam dapur gas (soaking pit) hingga mencapai suhu 1200OC; Figure 7.1 Rolling mill Ingot dimasukkan dalam mesin pengerolan dan dibentuk men- jadi bentuk setengah jadi (slab, bloom, atau billet); Dari bentuk setengah jadi digiling dengan mesin rol yang lain menjadi pelat, skelp, strip, bentuk profil, tabung, dll.

  • Logam keluar dari rol dengan kecepatan yang lebih tinggi daripada kecepatan masuk; Aksi jepit pada benda kerja diatasi oleh gaya gesek pada daerah kontak dan logam tertarik di antara rol; Figure 7.2Effect of hot rolling on grain structure Busur AB dan AB merupakan daerah kontak dengan rol; Pada titik A dan B kecepatan logam sama dengan kecepatan keliling rol; Akibat pengaruh penggilingan struktur yang kasar menjadi struktur memanjang; Bila dikerjakan di atas suhu rekristalisasi maka struktur yang memanjang akan berubah menjadi butir halus. Efek operasi pengerjaan panas pengerolan :

  • Jenis mesin rol : Figure 7.3Various roll arrangements used in rolling mills. A. Mesin bertingkat dua, kontinu atau bolak-balik; B. Mesin bertingkat empat dengan rol pendukung untuk lembaran yang lebar; C. Mesin bertingkat tiga bolak-balik; D. Mesin rol kelompok dengan empat buah rol pendukung.

  • Mesin rol bolak-balik bertingkat dua (Fig.7.2A) : Lembaran logam bergerak diantara rol, kemudian dihentikan; Pada interval tertentu logam diputar 90O agar penampang uniform dan butir-butir logam merata; Untuk mereduksi penampang ingot menjadi bloom diperlukan sekitar 30 pas. Keuntungan : Dapat mereduksi luas penampang dalam berbagai ukuran; Dapat diatur kemampuannya sesuai dengan ukuran batangan dan laju produksi. Arah rol dibalik, kemudian operasi di atas diulang kembali;

  • Ukuran panjang batangan yang dapat dirol terbatas; Kelemahan : Pada setiap siklus pembalikan gaya kelembaman harus diatasi. Mesin rol bertingkat tiga (Fig.7.2C) : Keuntungan : Tidak diperlukan arah putar rol, sehingga tidak ada gaya kelembaman yang harus diatasi; Lebih murah dan mempunyai keluaran lebih tinggi dibanding- kan dengan mesin rol bolak-balik dua tingkat;

  • Diperlukan adanya mekanisme elevasi; Kelemahan : Terdapat sedikit kesulitan dalam mengatur kecepatan rol. Mesin rol dengan rol pendukung (Fig.7.2B & D) : Pada mesin empat rol atau lebih, rol tambahan berfungsi sebagai rol pendukung dan hanya dua buah yang berhubungan langsung dengan bendakerja; Diameter rol yang berhubungan langsung dengan bendakerja relatif kecil untuk mengurangi absorbsi panas dari benda kerja; Digunakan untuk lembaran logam yang relatif tipis.

  • Mesin rol kontinu (lihat juga Fig.7.2A): Figure7.4 Diagram illustrates number of passes and sequences in reducing the cross section of a 4-by-4 in. (100 by mm) billet to round bar stock Terdiri dari kurang lebih sepuluh rol yang disusun dalam satu garis lurus; Dalam proses ini penam- pang sebuah bilet berukuran 100x100 mm direduksi secara ber- urutan menjadi batang bulat.

  • PENEMPAAN Figure 7.5Open-frame steam hammer Pada proses ini logam dipanaskan sam- pai suhu rekristalisasinya, kemudian ditempa secara manual atau mengguna- kan mesin uap dengan die datar; Penempaan palu : Kelemahan : Tidak dapat diperoleh ketelitian yang tinggi; Tidak dapat dilakukan untuk membuat bendakerja yang rumit.

  • Menggunakan die tertutup, dan bendakerja terbentuk akibat tumbukan atau tekanan, memaksa logam panas plastis memenuhi dan mengisi bentuk die. Penempaan timpa : Figure 7.6Drop forging with closed dies

  • Untuk mengangkat palu di- gunakan udara atau uap; Penempaan timpa dengan palu piston: Figure 7.7Piston lift gravity drop hammer Tinggi jatuhnya dapat di- atur dengan program, sehingga dapat dihasilkan bendakerja yang uniform; Penggunaan : Untuk pembuatan gunting, sendok-garpu, suku cadang dan lain-lain.

  • Penempaan timpa dengan palu piston: Figure 7.8Horizontal-impact forging machine Silinder yang saling berhadapan dalam bidang horisontal, menekan benda kerja yang diletak- kan pada bidang tumbukan dimana kedua bagian die bertemu; Benda tempa mempunyai sirip di sekeliling garis pisah; Penggunaan :Untuk pembuatan landing gear pesawat terbang (berat > 28 Mg).

  • Keuntungan operasi penempaan : struktur kristal halus, porositas tertutup, waktu penempaan singkat, sifat fisis meningkat. Kerugian operasi penempaan : timbulnya inklusi kerak, harga die mahal, jadi tidak ekonomis untuk pembuatan produk dengan jumlah kecil.

  • Penempaan tekan : Deformasi plastik logam melalui penekanan yang berlang-sung dengan lambat, berbeda dengan impak palu yang berlangsung dengan cepat. Penempaan Upset : Umumnya benda tempa tidak memerlukan pemangkasan lagi. Untuk pembuatan kepala baut : Batang berpenampang rata dijepit dalam die dan ujung yang dipanaskan ditekan sehingga mengalami deformasi;Figure 7.9 Upset forging

  • Untuk pembuatan benda tempa silinder : Figure 7.10Sequence of operations for a cylinder forging on an upset forging machine.Potongan bahan bulat dipanaskan sampai su-hu tempa, kemudian di-letakkan dalam die dan dilubangi secara pro-gresif dengan batang pelubang, sehingga di-peroleh bentuk tabung.

  • Penempaan Rol : Batang bulat yang te- lah dipanaskan sam- pai suhu tempa, dile- takkan diantara rol yang berada dalam posisi terbuka;Figure 7.11Principle of roll forging Ketika rol berputar, batang dijepit oleh alur rol dan didorong ke salah satu sisi; Bila rol terbuka, batang didorong kembali dan digiling lagi, atau dipindahkan ke alur berikutnya; Agar tidak berbentuk sirip, sesudah setiap pas batang diputar 90O.

  • suku cadang, baling-baling pesawat terbang, linggis, pisau pahat, tabung tirus, dan lain-lain. Penggunaan penempaan rol :

  • EKSTRUSI Figure 7.12 Diagram illustrating direct and indirect extrusionPrinsip ekstrusi sama seperti menekan tapal gigi keluar dari tabung. Jenis Ekstrusi : 1. Ekstrusi langsung : 2. Ekstrusi tak langsung : Billet bulat yang telah dipanaskan dimasukkan dalam ruang die, kemu-dian diekstrusi melalui lubang die.Hampir sama dengan ekstrusi langsung, hanya disini bagian yang diekstrusi ditekan ke luar melalui bagian dalam ram.

  • Perbedaan ekst. langsung dengan tak langsung : EKTRUSI LANGSUNG :EKTRUSI TAK LANGSUNG : Arah ekstrusi searah de- Arah ekstrusi berlawanan ngan arah gaya; arah dengan arah gaya; Bendakerja bergesekan Bendakerja tidak berge- dg. dinding kontainer sekan dg. dinding konta- diperlukan gaya yang le- iner diperlukan gaya bih besar;**) yang lebih kecil; *) Bentuk ram pejal lebih Bentuk ram berlubang kokoh;*) kurang kokoh;**) Hasil ekstrusi dapat dito- Hasil ekstrusi tidak dapat pang dengan baik tidak ditopang dengan baik mengalami deformasi mudah mengalami defor- akibat gaya gravitasi.*) masi akibat gravitasi.**)Keterangan : *) keunggulan & **) kelemahan

  • PEMBUATAN PIPA DAN TABUNG Pembuatan pipa dan tabungPipa/tabung dengan kampuhPipa/tabung tanpa kampuhPengelasan tumpulPengelasan tumpul listrikPengelasan tumpukPelubangan tembusE k s t r u s i t a b u n g

  • Pengelasan tumpul (butt welding) : Figure 7.13Drawing skelp throught a welding bell. Salah satu ujung skelp dibentuk tirus untuk memudahkan pemasukannya dalam pembentuk lonceng; Skelp dipanaskan sampai suhu las dan ujungnya ditarik melalui pembentuk lonceng sehingga menjadi bulat dan tepinya membentuk lasan tersambung menjadi satu; Selanjutnya dimasukkan dalam rol penyelesaian untuk men- dapatkan ukuran yang tepat dan untuk membersihkan teraknya.

  • Pengelasan tumpul kontinu : Figure 7.14Skelp being formed into a continuous butt-welded pipe Tepi skelp dipanaskan hingga mencapai suhu las, kemudian dimasuk- kan ke dalam serangka- ian rol horisontal dan vertikal yang memben- tuknya menjadi pipa; Pipa dipotong-potong dalam ukuran tertentu; Dilakukan proses pembersihan dan penyelesaian.

  • Pengelasan tumpul listrik : Figure 7.15Continuous-resistance butt welding of steel pipe Mula-mula lembaran baja di- bentuk dingin dengan mema- sukkan pelat melalui bebera- pa pasangan rol secara kontinu sehingga mengubah bentuk pelat menjadi pipa; Perangkat pengelasan ditem- patkan pada ujung mesin rol; Kedua tepi pipa dijepit dengan elektrode rol yang mengalirkan arus listrik penghasil panas se- hingga kedua tepi tsb. menyatu; Pipa kemudian melalui rol ukur- an dan rol penyelesaian.

  • Pengelasan tumpuk (lap welding) :Figure 7.16Method of producing lap-welded pipe from skelp Skelp dengan tepi agak ti- rus dipanaskan dalam dapur pemanas kemudian ditarik melalui die/diantara rol se- hingga membentuk silinder dengan tepinya saling ter- tindih. Kemudian dipanaskan kem- bali dan ditarik melalui dua buah rol yang beralur; Diantara rol tersebut terdapat mandrel tetap, sehingga tepi akan menyatu karena adanya tekanan antara rol dan mandrel.

  • Pelubangan tembus (piercing) : Bilet baja silindris mula-mula diberi lubang senter, kemu- dian dipanaskan sampai mencapai suhu tempa;Figure 7.17 Principal steps in the manufacture of seamless tubing Bilet kemudian ditekan masuk diantara ke dua rol penem- bus yang memaksa bilet berputar dan sekaligus ber- gerak maju melalui mandrel hingga tembus;

  • Pelubangan tembus (piercing) : Pipa/tabung yang masih berdinding tebal, bergerak mela- lui rol beralur, sedang ditengahnya terdapat mandrel ber- bentuk sumbat hingga pipa bertambah panjang dan tipis sesuai dengan ukuran yang dikehendaki;Figure 7.17 Principal steps in the manufacture of seamless tubing Tabung ini yang masih berada pada suhu kerja, kemudian melalui mesin pelurus dan pengatur ketepatan ukuran dan penyelesaian.

  • Pelubangan tembus kontinu : Batang bulat 140 mm dipanaskan dan kemudian diberi lu- bang tembus dengan mandrel penembus; Diteruskan ke mesin mandrel untuk mengurangi diameter dan ketebalan; Tabung dipanaskan kembali dan dimasukkan ke mesin pereduksi regang untuk mengurangi diameter dan ketebalan dengan melakukan peregangan terhadap pipa.Figure 7.18 Principal steps in the manufacture of continuous tubing.

  • Ekstrusi tabung : Bilet ditempatkan di dalam ruang ekstrusi; Mandrel didorong me- nembus bilet;Figure 7.19 Extruding a large tube from a heated billet Pendorong pres dido- rong maju mengeks- trusi logam.Cara ini termasuk ekstrusi langsung, akan tetapi disini digu- nakan mandrel untuk membentuk bagian dalam dari tabung.

  • PENARIKAN Bloom dipanaskan sampai suhu tempa; Bloom panas dipasang pada mesin pres vertikal;Figure 7.20 Drawing thick-walled cylinders from heated bloom.Biasanya digunakan bila tidak dapat dibuat dengan mesin Rol tanpa kampuh. Dengan menggunakan pelubang tembus, bloom dibentuk menja- di benda tempa berongga de- ngan alas tertutup; benda tempa dipanaskan kem- bali dan ditempatkan dalam bangku tarik yang terdiri dari beberapa die dengan diameter yang semakin kecil;

  • PENARIKAN Pelubang digerakkan secara hi- draulis menekan benda tempa tersebut membentuk silinder/ tabung dengan diameter tertentu; Untuk silinder/tabung berdinding tipis, pemanasan dan penarikan perlu diulang beberapa kali;Figure 7.20 Drawing thick-walled cylinders from heated bloom.Biasanya digunakan bila tidak dapat dibuat dengan mesin Rol tanpa kampuh. Bila pipa merupakan benda akhir ujung yang tertutup harus dipo- tong dan dirol kembali agar uku- rannya tepat dan penyelesaian- nya baik;;

  • PENARIKAN Pada pembuatan tabung oksigen, ujung terbuka ditempa atau dire- duksi dengan pemutaran panas (hot spinning) untuk menghasil- kan leher tabung.Figure 7.20 Drawing thick-walled cylinders from heated bloom.Biasanya digunakan bila tidak dapat dibuat dengan mesin Rol tanpa kampuh.

  • Pemutaran panas (hot spinning) Tabung dipanaskan sampai suhu tempa; Tabung panas diputar dengan mesin putar (sejenis mesin bubut); Pada bagian tabung yang akan direduksi ditekan dengan penekan tumpul sehingga dihasilkan leher tabung yang diinginkan.

  • CARA-CARA KHUSUSCara-cara khusus diperlukan bila dengan cara-cara biasa tidak dapat digunakan. Untuk membuat bagian-bagian yang tipis pada benda tempa dapat dilakukan dengan :Contoh : menggunakan die yang dipanaskan dan pada bagian benda kerja yang mengalami penekanan diberi pelumas untuk mengurangi oksidasi permukaan, operasi pengerjaan dilakukan dengan cepat dengan menggunakan mesin pres kecepatan tinggi. Untuk logam yang sulit ditempa seperti titanium dapat dicetak dalam pres yang dikelilingi gas mulia untuk men- cegah terjadinya oksidasi dan pengerakan. Pelet aluminium yang kecil (lebih kecil dari butir-butir beras) dapat digiling menjadi lembaran.

  • SELESAITERIMA KASIH