F  w pdL  Y f wL  gaya tanpa gesekan  !  semakin tinggi

F  w pdL  Y f wL  gaya tanpa gesekan  !  semakin tinggi

  0 koefisien gesek = semakin besar perbedaan dgn gaya sebenarnya.

  5. Regangan deformasi 

   o  ln

  t f K n 

6. Tegangan alir rata-rata (average flow stress)  Y f 

  1  n

7. Torsi yang dibutuhkan untuk proses deformasi  T  0 . 5 FL

8. Daya yang dibutuhkan oleh proses  P  2  FL

  Analisa proses Rolling (cont’d)

  Metal Forming

  1. Suatu strip tembaga yg mengalami proses annealing mempunyai lebar 9 in.(228

  mm) dan tebal 1 in.(25 mm), diroll menjadi setebal 0.8 in.(20 mm). Jari-jari roll sebesar 12 in.(300 mm) dan berotasi pada 100 rpm. Diketahui, tegangan saat tidak teregang 12000 psi dan tegangan saat ketebalan 0.8 in adalah 40000 psi. Hitung gaya roll dan daya dalam operasi ini .!

  Jawaban :

  L =  R (ho – hf) =  12 ( 1 - 0.8 ) = 1.55 in. = 0.13 ft

  • True strain =

   = ln ( 1 0.8 ) = 0.223

  • Y f sebesar = (12000 + 40000)2 psi = 26000 psi. Jadi  F = L w Yrata-rata = (1.55) (9) (26000) = 363000 lb = 1.6 MN

  • Daya per roll  dimana N = 100 dan L = 0.13 ft. Maka :

  Daya = 2  F L N 33000 = 2  (363000) (0.13) (100) 33000 = 898 hP = 670 kN • Maka daya total dalam rolling adalah 1796 hP = 1340 kN

  Analisa proses Rolling (cont’d)

  Metal Forming

  2. Baja slab AISI 1015 dari tebal h o = 300mm, lebar w o = 1000mm, di lakukan

  pengerolan panas (hot-rolled) pd 1000 o C dgn rol berdiameter 600mm. Gesekan  = 0.3. Pengurangan ketebalan hingga 27 mm. Kecepatan roll 1.2

  ms. Hitung gaya rol dan kebutuhan daya. Jawaban : • Ketebalan setelah rolling = h1 = 273 mm.

  • Pengurangan ketebalan = e c = 27300 = 9.

  • Regangan (true strain), e = ln(300273) = 0.094  h ave = (300+273)2 =

  286.5mm.

  • L = [(300)(27)] -1 = 90mm = 0.09 m. έ= (1.2)(0.094)0.09 = 1.25 s . • Diketahui  C=120 MPa, m=0.1.  Y 0.1

  f = 120(1.25) = 123 MPa.

  • Cek  hL = 286.590 = 3.2  inhomogenous deformation. • Jadi Gaya rol = F = (1.15)(123)(2)(0.09)(1)= 25.46 MN (2800 tonf). • Daya yg dibutuhkan = (25.46)(0.09)(1.2)0.3 = 9170 kW.

  Parameter Material dan Proses Rolling

  Metal Forming

  Parameter Material :

   Keuletan (ductility)  Koefisien gesek (coefficient of friction)  Kekuatan (strength), modulus dan Poisson’s ratio

  Parameter Proses :

   Kecepatan roller (vr)  Daya (power)  Draft (pengurangan ketebalan)  Pelumasan (lubrication)

  Penge-rol-an Bentuk (Shape Rolling)

  Metal Forming

  • Sebagai tambahan thd parameter material dan proses, roller

  (penge-rol) berlaku spt satu set dies dan harus di pra-bentuk (pre-formed) untuk mendapatkan bentuk negatif dari penampang .

  • Mungkin terdapat lebih dari satu set roller yang dibutuhkan

  untuk mengurangimembentuk bendakerja hingga berbentuk sesuai yg di inginkan .

  gambar

  Konfigurasi Rolling Mill

  Metal Forming

  a) two high

  b) three high

  c) four high

  d) cluster mill

  e) tandem rolling mill

  Penge-rol-an Cincin (Ring Rolling)

  Metal Forming

  • Untuk membuat sbh cincin yg lebih besar atau lebih kecil dari

  ukuran cincin awal. • Biasanya proses hot-rolling digunakan untuk cincin (ring)

  besar dan cold rolling untuk cincin kecil. • Aplikasi umumnya : bearing races, steel tires, cincin untuk

  pressure vessel.

  Penge-rol-an Thread (Thread Rolling)

  Metal Forming

  • Proses manufaktur thread luar (external). • Menggunakan proses Cold rolling. • Laju produksi yang tinggi kompetitif  hingga 8 part

  per detik.

  Penge-rol-an Roda Gigi (Gear Rolling)

  Metal Forming

  • Proses pengerjaannya sama dengan proses untuk

  screw thread. • Umumnya diterapkan pada roda-gigi helix (helical

  gears). • Menghasilkan keuntungan-2 :

   Penggunaan material yg lebih baik.  Permukaan yang lebih halus.  Thread yg lebih kuat karena pengerasan yg tjd selama proses

  pengerjaan.  Ketahanan lelah (fatigue) yg lebih baik karena faktor tekanan

  (kompresi).

  Roll Piercing

  Metal Forming

  • Merupakan proses Hot working. • Biasa digunakan untuk menghasilkan tabung dinding tebal

  tanpa sambungan (seamless thick-wall tubes)

  Forging - Pendahuluan

  Metal Forming

   Penempaan (Forging): Sebuah proses dimana benda kerja

  dibentuk dengan gaya tekan (kompresif) melalui cetakan (die) dan tool.

   Dikenal sejak 4000 SM – mungkin lebih dari 8000 SM.  Produk tempa: bolts rivet, connecting rods, shafts untuk

  turbin, gear, hand tools, structural components untuk permesinan, pesawat terbang, rel, dan berbagai peralatan transportasi.

  Forging – Pendahuluan (cont’d)

  Metal Forming

   Part yang ditempa memiliki kekuatan dan ketangguhan, sangat

  baik diaplikasikan pada kondisi high stress dan kritis.

   Proses Tempa

   Tempa Dingin (Cold forging) • Membutuhkan daya yang lebih besar • Benda kerja harus ulet dalam temperatur ruang • Menghasilkan part dengan permukaan akhir dan akurasi dimensi

  yang baik  Tempa Panas (warmhot forging) • Membutuhkan daya yang lebih kecil

  • Part yang dihasilkan memiliki permukaan akhir dan akurasi dimensi yang tidak begitu baik

  Forging – Pendahuluan (cont’d)

  Metal Forming

  Gambar : outline proses forging dan operasi2 yg berhubungan

  Forging

  Metal Forming

Open-die forging

Flashless forging

  (Closed die forging)

Impression-die forging

  Mekanika proses Forging

  Metal Forming

  Dibawah kondisi ideal :

  Dimana F = gaya forging

   o  ln

  h

  Y f = Tegangan alir (flow stress)

  F  Y f A

  A = Penampang bendakerja

  Produk Forging

  Metal Forming

  Produksi Connecting Rod

  Metal Forming

  Forging

  Metal Forming

  •Pada open-die forging  terjadi barreling (lihat gambar atas). •Pada hot forging  issue menjadi lebih kompleks karena distribusi

  thermal di dalam bendakerja dan aliran metal yg terjadi.

  Faktor Bentuk (Shape factor)

  Metal Forming

  Load-stroke curve

  Gaya aktual proses Forging lebih

  besar dari kondisi ideal :

  F  K Y f A (1)

  Faktor bentuk diperlukan untuk mengoreksi efek barelling dan gesekan.

  0 . 4  D (2) K f  1

  h

  2  2  r 

  F  Y f   1 

  

  3 h  (3)

  

  Faktor Bentuk (Shape Factor)

  Metal Forming

  Perhitungan Gaya Forging

  Metal Forming

  Soal: Sebuah logam silinder terbuat dari stainless steel 304 dengan

  diameter 150 mm dan tinggi 100 mm. Benda tersebut akan dikurangi tingginya 50 pada temperatur ruang menggunakan open-die forging dengan die yang datar. Diasumsikan koefisien friksi adalah 0,2, hitunglah gaya tempa pada bagian ujung langkah (stroke).

  Jawab:  Tinggi akhir h = 1002 = 50 mm, dan radius akhir, r, didapatkan

  dengan volume konstan.  Dengan menghitung volume awal dan akhir, didapatkan:

  () (75) 2 (100) = () (r) 2 (50)  r = 106 mm.

  Perhitungan Gaya Forging (cont’d)

  Metal Forming

  Nilai true strain benda kerja :

   = ln (10050) = 0,69

  Berdasarkan kurva stress strain, didapatkan tegangan aliran

  untuk stainless steel pada regangan aktual 0,69 adalah kurang lebih 1000 MPa. Sehingga besar gaya tempa adalah:

  F = (1000) (10 6 ) () (0.106) 2 {1 + (2) (0.2) (0.106) ((3) (0.050))} = 4,5 x 10 7 N = 45 MN = 10 7 lb = 5000 tons

  Open-die Forging

  Metal Forming

  Fullering

  Edging

Cogging

  Open-die Forging

  Metal Forming

3 Jenis Open-die Forging :

   Fullering

   Pengurangan penampang workpiece (benda kerja) yang diperlukan untuk proses pembentukan selanjutnya.

   Menggunakan Dies dengan permukaan cembung (convex surface cavity).

   Edging

   Sama dengan Fullering, tapi dies memiliki permukaan cekung (concave surface cavitiy).

   Cogging

   Dies terbuka dengan permukaan rata atau sedikit berkontur  mengurangi penampang dan meningkatkan panjang.

   Tidak menghasilkan net-shape produk  masih memerlukan

  proses pemesinan untuk mendapatkan net-shape produk.

  Impression-die Forging

  Metal Forming

   Dies memiliki bentuk kebalikan dari bentuk benda-kerja .  Flash dimungkinkan pada bagian parting surface . Flash

  berfungsi untuk menjaga aliran logam dan membantu untuk mengisi bagian-bagian dies yang dalam dari cavity (intricate part).

   Membutuhkan Gaya forging yang lebih dibanding open-

  die forging . Faktor bentuk (Shape factor) memiliki nilai yg lebih tinggi.

  Impression-die Forging

  Metal Forming

   Gaya yang paling besar terjadi pada bagian akhir

  proses ketika proyeksi penampang benda-kerja awal (blank) dan gesekan adalah yang terbesar .

   Progessive dies diperlukan untuk merubah bentuk

  awal benda-kerja menjadi geometri akhir yang di- inginkan.

   Pemesinan diperlukan untuk menghasilkan

  toleransi akhir yang diinginkan.

  Impression-die Forging

  Metal Forming

  Pros:

   Laju produksi tinggi

  Forging

  Machining

   conservation of metal  Menghasilkan kekuatan produk yg lebih baik  Orientasi grain yang diinginkan

  Flashless Forging

  Metal Forming

  Conventional forging part Precision forging part

  Flashless Forging (Closed Die Forging)

  Metal Forming

   Pengendalian volume adalah penting  Menghasilkan produk akhir yang presisi yang kebalikan dari

  geometri cavity (dies)  Biasanya digunakan untuk material aluminum dan magnesium

  alloy.

  Perbandingan Closed-die dan Flash Forging

  Metal Forming

  Corning

  Metal

  Forming

  Drop Hammer dan Dies

  Metal Forming

  Webs – Bagian tipis paralel thd parting line. Ribs – Bagian tipis tegak-lurus thd parting line Gutter – Area untuk menampung flash

  Dies normalnya dibuat dari baja dengan high impact strength dan high wear resistance.

  Upsetting dan Heading

  Metal Forming

  Bagian awal dari benda-kerja (stock) di tempa untuk membentuk bagian kepala menggunakan closed-die forging.

  Upsetting dan Heading

  Metal Forming

  Upsetting digunakan untuk membentuk kepada dari mur dan baut dengan bentuk geometri yang berbeda.

  Swaging

  Metal Forming

  Swaging digunakan untuk mengurangi penampang dari batang atau tabung yang telah di tempa (forging) menggunakan sepasang Dies yg berputar (rotating dies).

  Sebuah mandrel kadang- kadang digunakan untuk mengendalikan bentuk internal dari tube (tabung).

  Roll Forging

  Metal Forming

  Orbital Forging

  Metal Forming

  Kontak area yang kecil mengurangi gaya forging yg dibutuhkan secara substansial.

  Hobbing

  Metal Forming

  Proses penekanan die terhadap benda-kerja yang lebih lunak untuk

  menghasilkan bentuk akhir.

  Trimming

  Metal Forming

  adalah sebuah proses pengguntingan untuk menghilangkan flash dari benda-kerja

  Cacat Forging

  Metal Forming

  Cacat Forging

  Metal Forming

   Jika volume material tidak mencukupi untuk mengisi rongga cetak, akan muncul web buckle atau lap

   Jika web buckle terlalu tebal, material sisa akan mengalir ke bagian yang telah dibentuk sehingga menimbulkan retak internal.

   Penyebab lain adalah:  Radius yang bervariasi dari rongga cetak  Material yang tidak uniform  Gradien temperatur selama penempaan  Perubahan mikrostruktur yang disebabkan oleh tranformasi

  fase  Cacat tempa dapat menyebabkan kerusakan fatik sehingga

  menimbulkan masalah korosi dan keausan komponen.

  Design Considerations

  Metal Forming

1. Material

2. Die design

3. Machine

   Machine processing range  Machine process setting

  Design Considerations

  Metal Forming

  1. Material

  2. Die Design

   Ductility

   Number of die stations

  (progressive die)  Strength

   Geometric complexity of the  Plastic deformation law part (constitutive

  relationship)

   Die geometric details

  •  Coefficient Draft angle, fillet, radii

  (Dieworkpiece)

  • Webs and ribs

  •  Variation of properties at Flash

  processing temperature

   Parting surface and parting

  range

  direction  Die material  Die life

  Design Considerations

  Metal Forming

3. Machine processing range

   Maximum forging force  Maximum power  Maximum speed  Maximum die size

4. Machine process setting

   No. of stations  Velocity profile  Temperature time profile  Force

  Proses Ekstrusi (Extrusion)

  Metal Forming

  Gambar :

  • Ekstrusi: Sebuah billet (biasanya bundar) yg diberikan gaya

  melalui sebuah cetakan dengan cara seperti keluarnya pasta gigi dari tube.

  • Material ekstrusi: aluminum, copper, steel, magnesium dan lead

  Produk Ekstrusi

  Metal Forming

  Gambar :

  • Produk ekstrusi: rel sliding door, tabung, bentuk struktural dan arsitektur, frame pintu dan jendela.

  Tipe Proses Ekstrusi

  Metal Forming

  Gambar :

  Proses Ekstrusi (cont’d)

  Metal Forming

  Gambar :

  Circumscribing Circle Diameter (CCD): diameter lingkaran terkecil penampang melintang benda kerja yang diekstrusi

  Faktor bentuk: kompleksitas sebuah proses ekstrusi merupakan fungsi rasio dari keliling produk yang diekstrusi terhadap luas penampang melintangnya.

  Proses Ekstrusi (cont’d)

  Metal Forming

   Gaya Ekstrusi :

   

  F o  A k ln  A 

   f 

  k adl konstanta ekstrusi, A o dan A f adl billet dan penampang produk yg di ekstrusi.

  Gambar :

  Contoh Perhitungan Ekstrusi Panas

  Metal Forming

  Soal : Sebuah billet bundar dengan bahan kuningan (brass)

  diekstrusi pada temperatur 675 o C (1250 F). Diameter billet adalah 5 in (125 mm) dan diameter ekstrusi adalah 2 in. (50

  o

  mm). Hitunglah gaya ekstrusi yang dibutuhkan

  Jawab : Gaya ekstrusi menggunakan persamaan 1, dimana konstanta ekstrusi, k, didapatkan pada grafik konstanta k. Untuk material ini, didapatkan k = 35.000 psi (250 MPa) pada temperatur ekstrusi. Sehingga:

  2 2 2 F =  (2,5) 6 (35.000) ln [  (2.5) ( (1.0) ) ] = 1,26 x 10 lb = 630 ton = 5.5 MN

  Aliran Logam Proses Ekstrusi

  Metal Forming

  Gambar :

  Ekstrusi Panas

  Metal Forming

  Jangkauan (range) temperatur ekstrusi untuk berbagai logam

  Aluminum and its alloys 375 – 475 Copper and its alloys

  Refractory alloys

  975 - 20

  Gambar :

  Ekstrusi Panas (cont’d)

  Metal Forming

  Gambar :

  Ekstrusi Panas (cont’d)

  Metal Forming

  Gambar :

  Material Pelumas Ekstrusi Panas

  Metal Forming

   Biasanya digunakan hot-work die steel.  Coating seperti zircona dapat diberikan pada die

  untuk memperpanjang umurnya  Glass adalah pelumas yang baik untuk baja,

  stainless steel, dan logam serta paduan temperatur tinggi.

  Ekstrusi Dingin

  Metal Forming

  Gambar :

  • Ekstrusi dingin memiliki keuntungan dibanding ekstrusi panas :

   Perbaikan sifat mekanik yang dihasilkan dari pengerasan kerja (work-

  hardening), dimana panas yang ditimbulkan oleh deformasi plastis dan friksi tidak merekristalisasi logam yang diekstrusi.

   Pengendalian toleransi dimensi yang baik, mengurangi kebutuhan operasi permesinan maupun finishing lanjut.

   Perbaikan permukaan akhir, karena tidak adanya lapisan film oksida.  Tidak diperlukannya pemanasan billet.  Laju produksi dan biaya yang kompetitif dengan metode lain untuk

  memproduksi part yang sama.

  Ekstrusi Impak

  Metal Forming

  Gambar :

  Ekstrusi Hidrostatik

  Metal Forming

  • Medium yang digunakan untuk menekan adalah fluida

  incompressible . • Tidak terdapat friksi container-dinding. • Tekanan yang diberikan sebesar 1400 MPa (200 ksi). • Biasanya dilakukan pada temperatur ruang, menggunakan minyak

  tumbuhan karena viskositasnya tidak berubah karena tekanan. • Untuk temperatur tinggi, digunakan fluida lilin, polimer dan glass. • Material yang rapuh dapat diproses karena tekanan hidrostatik

  dapat meningkatkan keuletan material. • Aplikasinya terbatas di dunia industri, karena peralatan yang

  kompleks dan waktu siklus yang lama.

  Cacat Ekstrusi

  Metal Forming

   Retak permukaan (surface cracking):

   Karena temperatur, friksi atau kecepatan terlalu tinggi  Retak yang terjadi adalah intergranular (sepanjang batas butiran)  Sering terjadi pada aluminum, magnesium dan zinc  Cacat bambu (Bamboo defect): pada tempertur lebih rendah, akibat

  tekanan yang tidak konstan  Pipa

   Diminimalkan dengan memdofikasi bentuk aliran logam agar seragam

   Menghilangkan kotoran (impurities) pada permukaan billet dengan etching kimia

   Retak internal (internal cracking)

   Bertambah seiring meningkatnya sudut die  Bertambah dengan meningkatnya jumlah pengotor  Menurun dengan bertambahnya rasio ekstrusi dan friksi

  Cacat Ekstrusi (cont’d)

  Metal Forming

  Gambar :

  Peralatan Ekstrusi

  Metal Forming

  Gambar :

  • Peralatan dasar ekstrusi adalah sebuah press hidrolik horisontal • Kapasitas gaya ram setinggi maksimal 120 MN (14.000 ton) untuk

  memproduksi billet besar dengan ekstrusi panas • Pres hidrolik vertikal digunakan untuk ekstrusi dingin dan

  kapasitasnya lebih rendah dibanding ekstrusi panas.

  Proses Penarikan (Drawing)

  Metal Forming

  • Penarikan (Drawing): Sebuah operasi dimana penampang

  melintang rod solid, kawatkabel (wire) atau tabung dikurangi atau diubah bentuknya dengan menariknya melalui cetakan .

  • Rod yang ditarik digunakan untuk as, spindel, dan piston kecil • Rod memiliki penampang melintang lebih besar daripada

  kawatkabel (wire). • Di industri, wire didefinisikan sebagai sebuah rod yang telah

  ditarik melalui cetakan minimal sekali. Aplikasi: kabel listrik, kabel, tension-loaded structural members, elektroda las, per (springs), paper clips, dan kawat instrumen musik.

  Proses Penarikan (Drawing) (cont’d)

  Metal Forming

  Gambar :

  • Gaya penarikan:

  Y avg adalah tegangan aktual rata-rata material dalam gap cetakan.

  • Jika reduksi bertambah, gaya penarikan semakin tinggi. • Idealnya, reduksi maksimum luas penampang melintang per

  laluan adalah 63.

  Operasi Penarikan (drawing)

  Metal Forming

  Gambar :

Sheet Metal Forming

  Karakteristik Pembentukan Logam Lembaran

  Metal Forming

  Proses

  Karakteristik

  Roll Forming

  Part panjang dengan penampang konstan, permukaan akhir baik, laju produksi tinggi, biaya tool tinggi

  Stretch Forming

  Part besar dengan kontur yang rendah, cocok untuk jumlah produksi rendah, biaya pekerja tinggi, biaya peralatan dan tool tergantung ukuran part

  Drawing

  Part sederhana dengan kontur rendah atau dalam, laju produksi tinggi, biaya peralatan dan tool tinggi

  Stamping

  Terdiri dari: blanking, embossing, bending, flanging dan coining; bentuk sederhana dan kompleks pada laju produksi tinggi, biaya peralatan dan tool, biaya pekerja rendah

  Rubber forming

  Drawing dan embossing bentuk sederhana dan kompleks, permukaan lembaran diproteksi dengan membran karet, operasi fleksibel, biaya tool rendah

  Spinning

  Part aksisimetris kecil atau besar, permukaan akhir baik, biaya tool rendah, biaya pekerja dapat tinggi kecuali proses diotomasikan

  Karakteristik Pembentukan Logam Lembaran

  Metal Forming

  Bentuk kompleks, detail dan toleransi yang kecil, waktu

  Forming

  pembentukan lama, laju produksi rendah, part tidak cocok untuk temperatur tinggi

  Peen Forming

  Kontur yang rendah pada lembaran yang lebar, operasi fleksibel, biaya peralatan dapat tinggi, prosse menggunakan part pengencang

  Explosive Forming Lembaran yang sangat lebar dengan bentuk yang kompleks

  meskipun biasanya aksisimetris, biaya tooling rendah, biaya pekerja tinggi, cocok untuk jumlah produksi rendah, waktu siklus rendah

  Magnetic-pulse

  Pembentukan kontur rendah, bulging dan embossing pada

  Forming

  lembaran dengan kekuatan yang rendah, cocok untuk bentuk tabung, laju produksi tinggi, membutuhkan tool khusus

  Punching Force (gaya pemukulan)

  Metal Forming

  • Gaya maksimum pemukulan , F :

  F = 0,7 x T x L x (UTS)

  dimana: T = ketebalan lembaran L = panjang total yang dipotong (misalnya keliling lubang

  pemotongan) UTS = Ultimate Tensile Strength material.

  Contoh perhitungan

  Metal Forming

  Soal :

  Hitunglah gaya yang dibutuhkan untuk memukul sebuah lubang dengan diameter 1 in. (25 mm) pada sebuah lembaran paduan titanium annil Ti-6Al-4V dengan ketebalan 18 in. (3,2 mm) pada temperatur ruang.

  Jawab :

  Dari tabel UTS untuk paduan material tersebut adalah 1000 MPa, atau 140.000 psi, sehingga :

  F = 0,7 x (18) x () x (1) x (140.000) = 38.500 lb = 19,25 ton = 0,17 MN

  Shearing Dies (cont’d)

  Metal Forming

  Tipe Dies  • Compound dies

   Beberapa operasi pada lembaran yang sama dapat dilakukan dalam satu kali langkah pada satu stasiun dengan menggunakan compound die

  • Progressive dies

   Logam lembaran diumpankan dan operasi yang berbeda dilakukan pada stasiun yang sama dalam setiap langkah oleh rangkaian pukulan.

  • Transfer dies

   Logam lembaran mengalami operasi yang berbeda pada stasiun yang berbeda, dengan aliran proses berbentuk lurus atau melingkar.

  Material Tool dan die

  Biasanya tool steels, karbida Pelumasan dibutuhkan untuk mengurangi keausan tool dan die dan

  memperbaik kualitas tepi pemotong

  Tipe Cutting (pemotongan) yg lain

  Metal Forming

  1. Band Saw (Gergaji pita), untuk plat dan lembaran

  2. Flame Cutting , untuk plat tebal dan komponen struktur berat

  3. Laser Beam Cutting , untuk bentuk dan ketebalan yang bervariasi.

  4. Friction Sawing , menggunakan sebuah piringan atau pisau pada kecepatan yang tinggi

  5. Water Jet Cutting , efektif untuk material logam atau non logam.

  Operasi Bending lainnya (cont’d)

  Metal Forming

  Gambar :

  Peralatan Sheet Metal Forming

  Metal Forming

  Gambar :

Machining Proses (Proses Pemesinan)

  Kisaran Kekasaran Permukaan Proses Pemesinan

  Kisaran Toleransi Dimensi Proses Pemesinan

  Kisaran Cutting Speed dan Feed-rate Material Pahat Potong

Gambar : Gambar :

  a -r

  d

  e

  F

  d

  ep

  S

  g in

  tt Cu

  d t’ no

(c te

  a -r

  d

  e

  F

  d

  ep

  S

  g in

  tt Cu

Cutting Speed Feed-rate (cont’d)

Mekanisme Sudut dlm Pemesinan (pemotongan)

  1. Orthogonal Cutting : • Cutting edge lurus dan tegak-lurus thd arah gerakan. • Terdpt dua gaya  Gaya Potong (cutting force) P c dan

  Gaya Tekan (thrust Force) P t .

  Mekanisme Sudut dlm Pemesinan (cont’d)

  1. Orthogonal Cutting (cont’d) :

  Pada Orthogonal Cutting : Rake-angle mungkin positif, nol (a) atau negative (b). Kecepatan2 (c) dan gaya (d) yg bekerja pada chip, tool, dan tool holder telah terdefinisi.

  Mekanisme Sudut dlm Pemesinan (cont’d)

  1. Orthogonal Cutting (cont’d) :

  h l c

  r 

  P n  Gaya Normal c cos   t sin

  h l

  F  Gaya Gesek P c  t cos

  r cos 

  tan F 

  tan   Sudut Gesek

  1  sin 

  P n

Mekanisme Sudut dlm Pemesinan (cont’d)

  1. Orthogonal Cutting (cont’d) : Mekanisme pembentukan chips ideal

  Mekanisme pembentukan chips real

  Mekanisme dlm Pemesinan (cont’d)

  1. Orthogonal Cutting (cont’d) :

  Mekanisme dlm Pemesinan (cont’d)

  1. Orthogonal Cutting (cont’d) :

  Gambar : Pembentukan Chips dgn terjadinya BUE pada 30mmin (a) dan 100mmin (b)

Mekanisme dlm Pemesinan (cont’d)

  2. Oblique Cutting : •Di hampir semua praktek pemesinan (pemotongan), tool edge (tepi pahat) di buat membentuk sudut inklinasi (inclination angle) i .

Mekanisme dlm Pemesinan (cont’d)

  2. Oblique Cutting (cont’d) : Oblique cutting berbeda dengan Orthogonal cutting dalam beberapa

  hal :

  1. Chip melingkar membentuk helix ketimbang bentuk spiral. Umumnya didptkan  chips mengalir pada kecepatan v c , pada sudut  c inklinasi (hukum Stabler gambar b slide sebelumnya).

  2. Normal rake angle  n diukur pada bidang yg mengandung normal ke permukaan bendakerja dan kecepatan tool v. Effective

  rake angle  e diukur pada bidang yg mengandung v dan v c dan lebih besar dari  n .

  sin 2 

  e 

  i  cos sin n

  3.  Gaya potong lebih kecil dibanding dgn orthogonal dgn rake angle yg sama. Dgn kata lain  dgn efektif rake-angle yg sama  Oblique cutting lebih kuat dari orthogonal.

Gaya dan Energi dlm Proses Pemesinan

  Penghitungan gaya dan daya didasarkan pada konstanta material yg ditentukan melalui ekperimen !

  Tiga pendekatan yg umum :

  1. Nominal cutting stress = specific cutting pressure p c  gaya pemotongan P c dibagi luas penampang dari ‘undeformed chips’ .

  P c  N  p   2 

  hw m   2. Specific cutting energy (energi pemotongan spesifik) E1  gaya P c

  dikalikan jarak l antara gaya yg bekerja dibagi oleh volume material yg dibuang V =hwl.

   3 atau 2 

  hwl m 

  m 

  3. Material removal factor K1  kebalikan dari specific cutting energy.  3 m  K 1  

   E  Ws . 

Gaya dan Energi dlm Proses Pemesinan (cont’d)

  Daya yg dihasilkan oleh mesin (machine tool) dpt di perkirakan jika laju pelepasan material ( material removal rate V t ) dan efisiensi mesin  diketahui 

  EV 3

  t  W s mm . 

  Power(W) 

  Gaya pemotongan yg harus di tahan oleh tool-holder (pemegang pahat) dpt dihitung dengan membagi daya dengan gaya pemotongan (cutting speed) v 

  power(W)

  P c 

   N

  v

  Gaya dan Energi dlm Proses Pemesinan (cont’d)

  Suhu dalam Pemesinan (pemotongan)

   vh  T T  E 

    kc  

  dimana: T  Temperatur permukaan pahat

  (tool face temerature) k konduktifitas panas (heat conductivity)  densitas c panas spesifik (heat specific)

  Temperatur pemotongan semakin tinggi bila memotong material yg lebih kuat (E yg lebih besar) pada kecepatan potong yg lebih tinggi.

  Pendinginan (cutting fluids) dalam Pemesinan

  Cutting fluids dlm Pemesinan (cont’d)

Turning Process (Proses Pemesinan Bubut)

  Skema Proses Turning

  a) Ilustrasi skematik dari proses turning memperlihatkan depth of cut, d, dan feed,

  Gambar f. Cutting speed (kecepatan potong) adl kecepatan permukaan dr benda-kerja pd

  tool-tip. b) Gaya-gaya yg bekerja pd sebuah pahat potong (cutting tool) dlm turning. Fc = gaya potong (cutting force), Ft = thrust atau gaya pemakananfeed force (pd arah pemakanan), dan Fr adl gaya radial yg cenderung mendorong pahat lepas dr benda kerja yg sdg dipotong.

  Skema Proses Turning (cont’d)

  Mesin Turning Manual

  Gambar

  Mesin Turning Manual (cont’d)

Mesin Turning CNC

  Gambar :

  Jenis-jenis Proses Turning

  Facing

  Taper Turning

  Contour Turning

  Form Turning

  Chamfering

  Cutoff

  Threading

  Boring

  Drilling

  Knurling

  Sudut dalam Pemotongan Turning

Pahat Potong Turning

  Pahat insert :

  Gambar

Pahat Potong Turning (cont’d)

  Pahat insert :

Pahat Potong Turning (cont’d)

  Pemutus chip (chip breaker) pada pahat :

  Grooves pd pahat potong  sebagai pemutus chip (chip breaker)

Collet

  Gambar :

  Metode Pencekaman (clamping) Benda Kerja

  Gambar :

  Mandrel

  Gambar :

  Proses Pemotongan Ulir (thread cutting)

  Gambar

  Pemesinan Turning dengan Turret Turning

  Gambar

Proses Boring (pembesaran lubang)

  Gambar :

Boring Bar Boring Mill

  Gambar :

  Perhitungan Proses Turning

  1. Kecepatan Potong

  3. Waktu Pemotongan (Cutting time)

  (Cutting Speed)

  L tot , mmen

  1000 L tot =L+L a ,m L a = Allowance

  d avg = (d o +d f ) 2 , mm

  4. Kecepatan Pelepasan Geram

  2. Kecepatan Makan (Feed)

  ( Material Removal RateMRR )

  v f = f.N

  , mmen

  MRR = Volume terbuang waktu(t m )

  = v.f.d

  , mm 3 men

  Perhitungan Proses Turning (cont’d)

  1. Waktu Pemotongan

  1. Waktu Pemotongan

  L tot =L+L a ,m

  L tot =L+L a ,m

  L a = Allowance

  L = D2 (pejal) atau

  (D - D 1 ) (tabung)

  2. MRR

  L a = Allowance

  (mm 3 men)

  4 L

  Perhitungan Proses Turning (cont’d)

  1. Waktu Pemotongan

  L tot , mmen t m v f

  L tot =L+L a ,m L a = Allowance

  2. MRR

   2 . D l. . f . N

  MRR 

  1 4 L

  , mm 3 men

  Contoh Soal Proses Turning

  Sebuah silinder besi pejal diameter 10 cm, panjang 63,5 cm akan diproses bubut menggunakan mesin bubut manual dan pahat cemented-carbide sehingga diameternya menjadi 8,8 cm, dengan kondisi permesinan: v =

  90 mmen, f = 0,4 mmput, dan d = 3,2 mm. Silinder akan dipasang pada sebuah pencekam dan ditahan pada bagian

  akhir dengan sebuah live center. Dengan pemasangan seperti ini, kedua bagian akhir dari benda kerja harus dibubut (dengan cara dibalik). Dengan menggunakan sebuah overhead crane, waktu yang dibutuhkan untuk memasang dan membongkar benda kerja adalah 5 menit, dan waktu untuk membalik benda kerja adalah 3 menit.

  Untuk setiap pemotongan bubut, sebuah allowance harus ditambahkan pada panjang pemotongan pada saat sebelum dan sesudah proses pemotongan (approach overtravel). Allowance total (approach + overtravel) = 12,5 mm. Carilah waktu total proses permesinan MRR !

Proses Pemesinan Milling

  Produk Pemesinan Milling

  Gambar :

  Proses Pemesinan Milling

  PeripheralPlane Milling

  Face Milling

  Proses Pemesinan Milling (cont’d)

  Up Milling (Conventional

  Down Milling (Climb

  Milling)

  Milling)

  Perbedaan Up Milling Down Milling

  Up Milling 

  Down Milling 

  Kelebihan :

  Kelebihan :

   Kerja gigi tidak dipengaruhi oleh

   Gerak potongnya menimbulkan gaya yang

  karakteristik permukaan benda

  menahan benda kerja untuk tetap berda di

  kerja

  tempatnya

   Kontaminasiserpihan-serpihan

  Kekurangan :

  kecil pada permukaan benda kerja  Pada saat gigi memotong benda kerja, tidak mempengaruhi usia alat

  terjadi resultan gaya impact yang besar

   Proses pemotongannya lembut,

  sehingga peralatan dalam operasi ini

  sehingga gigi pemotong tetap tajam

  harus di set up dengan kuat.

  Kekurangan :

   Tidak cocok untuk permesinan benda

   Ada kecenderungan peralatan

  kerja dengan permukaan yang kasar

  gemeretak (karena longgar)

  (banyak serpihan scale), seperti logam yang di kerjakan dengan hot working,

   Ada juga kecenderungan benda

  ditempa (forging), ataupun dicor kerja terangkat ke atas, sehingga

  (casting).Karena serpihan-serpihan pengontrolan terhadap penjepit

  tersebut bersifat abrasif, sehingga sangat penting

  menyebabkan pemakaian yang berlebihan, merusak gigi pemotong sehingga mempersingkat usia alat

  Jenis Proses Milling

  Slab Milling

  Slotting

  Side Milling

  Straddle Milling

  Conventional Face Milling Partial Face Milling

  End Milling

  Jenis Proses Milling (cont’d)

  Profile Milling

  Pocket Milling

  Surface Countouring

  Proses Face Milling

  Gambar :

  Proses Face Milling (cont’d)

  Gambar : Pengaruh bentuk insert thd permukaan hasil proses milling.

  Proses Face Milling (cont’d)

  Gambar :

  Efek Lead Angle

  Gambar

  Pahat Potong T-Slot Shell Mill

  Gambar :

  Arbor

  Gambar :

Kapasitas Mesin dan Dimensi Benda Kerja

  Tabel :

  Biaya Pahat Potong untuk Pemesinan

  Tabel :

  gn li il

  M s

  se ro

  pk tu

  nu

  si

  a

  dn

  em

  ko

  e R

  Cacat Pemesinan Milling

  Gambar :

  Geometri Pahat Potong

  Cutting Speed

  Approach Distance

  (Kecepatan potong)

  Cutting Time

  (Laju pemakanan)

  z = number of teeth

  w = width of machined

  workpiece d = depth of machined

  workpiece

  Approach dan Overtravel

  Gambar : Approach Distance D

  A  O

  Approach Distance A  O wD (  w )

  Jenis Mesin Milling (Knee-and-Column) 3-axis

  Ram Type

  Jenis Mesin Milling 5-axis

  a) Table-tilting type

  b) Spindle-tilting type

  c) Table-Spindle-tilting type

  Jenis Mesin Milling 5-axis : PKM

  Keuntungan :

  1. Payload-to-weight rasion yg lebih besar.

  2. Non-cumulative joint error. 3. Struktur yg lebih rigid. 4. Modularitas.

  Kekurangan :

  1. Singularity 2. Rasio workspace-to-work yg rendah 3. Sistem kontrol yg lebih rumit 4. Stifness yg rendah pada posisi

  singularitas

  Parallel Kinematics Machine (PKM)

  5. Stabilitas thermal yg rendah 6. Kalibrasi kinematik error yg susah 7. Dll.

Permasalahan Pemesinan Milling

  Gambar :

  Panduan Menghindari Vibrasi dan Chatter Pada Pemesinan Milling

   Pahat potong dipasang sedekat mungkin pada

  spindel untuk mengurangi defleksi  Pemegang mata pahat harus dipasang sekuat

  mungkin  Apabila terjadi vibrasi dan ketukan, bentuk

  peralatan dan kondisi operasi harus dimodifikasi. Pahat potong dengan banyak gigi dan spasi gigi secara acak dianjurkan untuk digunakan

  Soal

  Benda awal silinder Ø60 mm x 50 mm. Dilakukan proses permesinan sebagai berikut:

  Mesin Milling

  Kecepatan potong

  = 700 rpm

  Laju pemakanan

  = 100 mmmenit

  Diameter pahat

  = 10 mm

  Kedalaman potong

  = 2 mm

  Mesin Bubut

  Kecepatan potong

  Kedalaman potong

  Mesin Drill

  Kecepatan potong

  Waktu setup mesin milling = 15 menit Waktu setup mesin bubut = 15 menit Waktu setup mesin drill = 10 menit Waktu persiapan dan pembersihan seluruh alat permesinan = 20 menit Upah pekerja = Rp. 15.000,-jam Harga material = Rp. 20.000,-komponen Biaya listrik, pemakaian mesin dan pemeliharaan = Rp. 25.000,-jam

  Hitung:

  a. Waktu pemesinan b. Waktu total pembuatan benda kerjakomponen tersebut c. Estimasi biaya pembuatan satu komponen tersebut

Proses Drilling (Proses Gurdi)

  Pahat Potong Drilling

  Gambar :

  Pahat Potong Drilling (cont’d)

  Gambar :

  Rekomendasi Geometri Pahat Drilling

  Tabel : Rekomendasi umum untuk Geometri Pahat Drilling (High Speed Twist Drill)

  Pahat Potong Drilling (cont’d)

  Gambar :

  Gun Drilling

   Awalnya dikembangkan untuk

  penggurdian laras senapan, gun drilling digunakan untuk menggurdi lubang yang dalam dan pekerjaan yang membutuhkan gurdi yang khusus

   Rasio kedalaman terhadap

  diameter lubang yang dihasilkan dapat mencapai 300:1 atau bahkan lebih tinggi

   Kecepatan potong gun drilling

  biasanya tinggi dan umpannya rendah.

   Fluida pemotong didorong dengan

  tekanan yang tinggi melalui lubuang memanjang di dalam badan gurdi

   Fluida juga membilas chip yang

  terjebak dalam lubang yang digurdi

  Trepanning

  Gambar

  • Pahat potong menghasilkan lubang dengan membuang bagian berbentuk piringan (core)  biasanya plat datar.

  • Dapat menghasilkan piringan sampai diameter 150 mm (6 in.), atau groove sirkuler dimana O-ring diletakkan.

  Kemampuan Pahat Drilling untuk Pelubangan

  Jangkauan

  Kedalaman

  Tipe Pahat Diameter

  lubangdiameter

  (mm)

  Tipikal

  Maksimum

  Twist

  0,5-150

  Spade

  25-150

  Gun

  2-50

  Trepanning

  40-250

  Boring

  3-1200

  Rekomendasi Umum untuk Cutting Speed dan Feed-rate dalam Drilling

  Umpan (Feed),

  Material Benda

  Permukaan

  Diameter pahat

  Aluminum Alloy

  Magnesium Alloy

  Copper Alloy

  Stainless Steel

  Titanium Alloy

  Cast Iron

  20-60

  4300-12.000

  500-1500

  Thermoplastics

  30-60

  6400-12.000

  800-1500

  Thermosets

  20-60

  4300-12.000

  500-1500

Umur Pahat Drilling

   Diperlukan penajaman atau penggantian pahat drilling yang telah tumpul.

   Umur pahat drilling didefinisikan sebagai jumlah lubang yang dapat di-drill (gurdi) sampai proses transisi (pahat tumpul) terjadi.

  Gambar :

  Mesin Drilling

  Gambar :

Reaming

   Suatu operasi yang digunakan untuk :

   Membuat sebuah lubang yang secara dimensional akurat dan dilakukan dengan proses drilling.  Memperbaiki permukan akhir (menghaluskan).

   Langkah operasi yg umum sebelum proses reaming :

  1. Centering 2. Drilling 3. Boring 4. Reaming

Reamer

  Gambar :

   Pahat potong dengan banyak sisi potong lurus atau flute heliks dan mengambil sedikit material

   Untuk logam lunak, reamer mengambil minimum 0,2 mm dari diamter sebuah lubang yang digurdi

   Untuk logam keras, 0,13 mm.

  Tapping dan Tap

 Tapping : operasi untuk membuat ulir dalam pada

  benda kerja  Tap : pahat potong ulir dengan gigi potong banyak.

  Gambar :

  Tapping dan Tap

   Tersedia dengan flute berjumlah dua (paling

  umum), tiga (paling kuat) atau empat.  Ukuran tap sampai dengan 100 mm.  Tap tirus didesain untuk mengurangi torsi yang

  dibutuhkan.  Tapping dapat dilakukan pada:

  Mesin drilling Mesin Turning Mesin ulir otomatis Mesin milling CNC Vertikal

 Dengan menggunakan pelumasan yang tepat,

  umur tap bisa lebih dari 10.000 lubang.

  Pertimbangan Desain untuk Drilling, Reaming dan Tapping

   Lubang yang di-drill pada plat datar harus tegak lurus

  terhadap gerakan drilling, jika tidak akan terjadi defleksi dan letak lubang tidak akan akurat.

   Permukaan lubang yang terinterupsi harus dihindari untuk

  memperbaiki akurasi dimensi.  Bagian bawah lubang, jika memungkinkan harus sesuai

  dengan sudut titik drilling. Permukaan yang rata sebaiknya dihindari

   Diperlukan lubang pendahuluan untuk menghasilkan

  lubang yang lebih besar.  Part harus didesain sehingga penggurdian dapat dikerjakan

  dengan fixturing yang minimum dan tanpa mereposisi benda kerja.

  Dari Desain ke Mesin NC

  CAM-system NC-machine

  Concept

  CAD-system

  Tool path

  Tool path generation

  Collision check

Cutting Tools (Pahat Potong)

  Material Pahat Potong , Waktu Pemotongan , dan Kecepatan Potong

  Perbaikan material cutting tool telah mengurangi waktu pemesinan

  Karakteristik pahat potong yang diinginkan

  1. Kekerasan yang tinggi

  2. Ketahanan terhadap pengikisan, aus, pembentukan chip (chipping) pada sisi pemotong

  3. Ketangguhan (toughness) yang tinggi (kekuatan impak)

  4. Kekerasan panas (hot hardness) yang tinggi

  5. Kekuatan untuk menahan deformasi

  6. Stabilitas kimiawi yang baik

  7. Sifat termal yang mencukupi

  8. Modulus elastisitas tinggi (stiffness)

  9. Umur alat yang konsisten

  10. Geometri dan permukaan akhir yang baik

  Pemilihan Material dan geometri Pahat Potong dan Kondisi Pemotongan

  BATASAN (CONSTRAINT)

  Proses manufaktur (kontinyu vs intermiten) Kondisi kapabilitas dari mesin yang tersedia (rigiditas)

  Persyaratan geometry, finish, akurasi integritas permukaan

  Peralatan pemegang benda kerja (rigiditas) Waktu proses yang dibutuhkan (jadwal produksi)

  Material kerja

  (komposisi keadaan metalurgi)

  Tool yang dipilih

  Tipe pemotongan

  (material tool spesifik, grade, bentuk dan geometri tool)

  I (pengerjaan kasar vs halus,

  O

  kontinyu vs intermitten)

  P Ukuran geometri part

  PEMILIHAN

  T

  U Ukuran Lot

  TOOL

  Parameter pemotongan

  P

  T (produksi batch kecil vs massal)

  Kecepatan (rpm)

  yg dibutuhkan

  Kedalaman potong

  Pengalaman lalu dari

  Fluida pemotongan

  pembuatan keputusan

  Ketersediaan (Material, komposisi, sifat, dan aplikasi, ukuran, bentuk geometri, jadwal pengiriman, biaya dan data kinerja)

  Sifat-sifat Material Pahat Potong

  Kekerasan Material Pahat Potong (Vickers)

  Material Pahat

TOOL STEEL

   Baja karbon dan baja campuran rendahmenengah.  Baja karbon 0,9 sampai dengan 1,3 karbon, ketika

  mengalami proses pengerasan (hardening) dan tempering memiliki kekerasan, kekuatan dan ketangguhan yang baik sehingga menghasilkan sisi pemootongan yang tajam.

   Akan tetapi tool steels kehilangan kekerasannya pada

  suhu di atas 400F yang dikarenakan proses tempering dan umumnya digantikan dengan material lain untuk pemotongan logam.

  Material Pahat (cont’d)

BAJA KECEPATAN TINGGI (HIGH SPEED STEELHSS)

   Pertama kali ditemukan tahun 1900 oleh Taylor dan White  Baja campuran tinggi sangat baik untuk tool steel yang memiliki kemampuan potong

  pada suhu di atas 1100F.  Kandungan HSS: W, Mo, Co, V dan Cr selain Fe dan C.  W, Mo, Cr dan Co dalam ferrite adalah larutan padat yang memperkuat matriks pada

  sekitar suhu tempering, hal ini juga meningkatkan kekerasan panas (hot hardness).  Vanadium (V) bersama dengan W, Mo dan Cr dapat meningkatkan kekuatan dan

  ketahanan pakai.  Kelarutan padat yang merata pada matriks juga meningkatkan kekerasan yang baik

  pada baja jenis ini.  Meskipun banyak formulasi yang digunakan, tetapi komposisi khususnya adalah

  tipe18-4-1 (Tungsten 18, Chromium 4, Vanadium 1), disebut T1.  Baja kecepatan tinggi secara umum masih digunakan pada mesin bor dan jenis-jenis

  umum dari mesin frais, sedangkan single-point tools digunakan pada mesin-mesin umum.

   Untuk mesin produksi, sebagian besar materialnya dapat diganti dengan carbide,

  coated carbide dan coated HSS.

  Material Pahat (cont’d)

CAST COBALT ALLOYS

   Stellite tools adalah suatu material yang kaya akan cobalt,

  campuran chromium-tungsten-karbon dan memiliki sifat serta aplikasinya ada di antara baja kecepatan tinggi dan cemented carbides.

   Meskipun dibandingkan dalam kekerasan pada suhu

  kamar alat dengan material baja kecepatan tinggi, pahat dengan material cast cobalt alloys mempertahankan kekerasannya pada suhu yang lebih tinggi.

   Hal ini menyebabkan material cast cobalt alloys dapat

  digunakan pada kecepatan potong yang lebih tinggi (25 lebih tinggi) dari alat bermaterial HSS.

   Cast cobalt alloys sendiri merupakan material yang sangat

  keras dan tidak bisa dilunakkan dengan pemberian perlakuan panas.

  Geometri Pahat

  Tool Wear (Keausan pahat)

  Kurva keausan pahat

  Kurva umur pahat Taylor

  vt n  C v cutting speed (mmin)

  t tool life(min) n Taylor exponent = karaketeristik tool material

  C konstanta material benda-kerja

  Biaya per unit vs Kecepatan Potong

Proses Pemesinan non-Konvensional

  Keterbatasan Kondisi Pemesinan Konvensional

 Kekerasan dan kekuatan material yang sangat

  tinggi (di atas 400 HB), atau material terlalu rapuh.

 Benda kerja terlalu fleksibel.  Bentuk part kompleks termasuk profil internal

  dan eksternal, atau diameter lubang kecil (e.g. pada nosel injeksi bahan bakar).

   Persyaratan permukaan akhir dan toleransi

  dimensi cukup tinggi.  Menghindari kenaikan temperatur dan tegangan

  sisa (residual stress) benda kerja.

  Contoh Part hasil Proses Pemesinan non- Konvensional

  Gambar :

  Chemical Machining : Chemical Milling

  Gambar :

Chemical Machining : Chemical Milling (cont’d)

  Gambar :

   Memproduksi rongga yang rendah pada plat, lembaran,

  tempa dan ekstrusi sampai dengan 12 mm.  Pembentukan dengan reagent kimia pada luasan yang

  berbeda di permukaan benda kerja dan dikendalikan oleh lapisan material removabel disebut masking.

   Kemampuan: produksi komponen pesawat, panel kulit

  misil, airframe, divais mikroelektronik.

  Kekasaran Permukaan dan Toleransi Pemesinan

  Gambar :

  Chemical Machining : Chemical Blanking

  Gambar :

   Mirip seperti proses blanking, hanya saja menggunakan bahan kimia.

   Produknya: printed-circuit board, panel dekorasi, stamping logam lembaran tipis.

  Chemical Machining : Photochemical Blanking

   Disebut juga photoetching atau photochemical

  machining, menggunakan teknik fotografi.  Material yang dapat dibentuk setipis 0,0025 mm.

   Kemampuan: pembuatan fine screen, printed-circuit card,

  lapisan motor listrik, mask untuk tv berwarna .  Skill pekerja dibutuhkan, biaya peralatan rendah, proses dapat

  diotomasikan, ekonomis untuk volume produksi berskala medium sampai tinggi.

  Chemical Machining : Pertimbangan Desain

   Karena etchant mengenai semua permukaan secara kontinyu,

  desain dengan sudut tajam, rongga yang dalam dan rendah, tirus, sambungan lipatan harus dihindari.

   Karena etchant mengenai material dalam arah vertikal dan

  horisontal, maka undercut akan muncul.  Untuk memperbaiki laju produksi, benda kerja harus dibentuk

  dengan proses lainnya sebelum chemical machining.  Variasi dimensi dapat terjadi karena perubahan kelembaban dan

  temperatur.  Gambar kerja yang didesain harus cocok dengan peralatan

  photochemical.

  Electrochemical Machining (ECM)

  Gambar :

   Seperti kebalikan prinsi electroplating, dan elektrolit berfungsi sebagai

  pembawa muatan.  Benda kerja (anoda), pahat (katoda)  Pahat dibuat dari kuningan, tembaga, brons atau stainless steel.  Elektrolit: sodium klorida dicampur dengan air atau sodium nitrat  Arus yang diberikan mesin maksimal 40.000 A dan minimal 5 A.  Laju penetrasi pahat proporsional terhadap kerapatan arus.

  Electrochemical Machining (cont’d)

  Gambar :

   Kemampuan proses ECM : produksi rongga pada material dengan

  kekuatan tinggi, seperti bilah turbin, part mesin jet, nosel, rongga cetakan tempa.

  Electrochemical Machining : Pertimbangan Desain

 Karena kecenderungan elektrolit mengerosi profil

  yang tajam, ECM tidak cocok untuk memproduksi tepi persegi yang tajam atau bagian bawah yang rata.

 Pengendalian aliran elektrolit sulit, sehingga bentuk

  rongga yang tidak teratur tidak dapat diproduksi sesuai bentuk yang diinginkan.

 Desain harus dapat dimesin bila dihasilkan bentuk

  tirus untuk lubang atau rongga.

  Contoh ECM untuk Implantasi Biomedis

  Gambar :

Electrochemical Grinding

  Gambar :

   Gabungan ECM dan gerinda konvensional.  Gerinda terbuat dari aluminum oksida berputar pada kecepatan

  permukaan 1200 mmin – 2000 mmin

  2  Kerapatan arus 1 Amm 2 – 3 Amm .  Gerinda berfungsi sebagai:

   Insulator antara roda dan benda kerja  Secara mekanis membuang produk elektrolitik dari daerah kerja

   Desain harus menghindari bentuk radius dalam yang tajam

Electrical-Discharge Machining (EDM)

  Gambar :

  Electrical-Discharge Machining (cont’d)

   Discharge kapasitor bekerja pada 50 kHz dan 500 kHz dan voltase

  antara 50 dan 380 V, serta arus 0,1 – 500 A.  Fungsi dielektrik:

   Sebagai insulator sampai beda potensialnya menjadi tinggi  Sebagai media pembilas dan membawa kotoran di bagian gap  Sebagai media pendingin

   Volume material yang dibuang per discharge berkisar 10 -4 - 10 mm.  Elektroda terbuat dari grafit, kuningan, tembaga atau coper-

  tungsten dan berdiameter 0,1 mm dan rasio kedalaman terhadap diameter lubang 400:1.

   Keausan pahat berkaitan dengan titik lebur material, semakin

  rendah titik leburnya semakin tinggi laju keausannya.

Electrical-Discharge Machining (cont’d)

  Gambar :

  Wire EDM

  Gambar :

  Wire EDM (cont’d)

   Dapat memotong plat setebal 300 mm.  Kawat terbuat dari kuningan, tembaga atau tungsten,

  zinc atau brass coated dan multicoated wire.  Diameter kawat kurang lebih 0,30 mm untuk

  pemotongan kasar dan 0,20 mm untuk pemotongan akhir.

   Kecepatan gerakannya konstan berkisar 0,15 – 9

  mmenit dan gap (kerf) yang konstan selama proses pemotongan.

Laser Beam Machining

  Gambar :

  LASER = Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation

  Laser Beam Machining (cont’d)

  Gambar :

  Bahan laser:

  -CO 2 (gelombang pulsa atau kontinyu) -Nd: YAG (neodymium: yttrium-aluminum-garnet) -Nd: glass, ruby -Excimer laser (Excited dimer, artinya dua mermolekul pada komposisi kima yg sama

  Laser Beam Machining (cont’d)

   Parameter fisik yang penting adalah sifat reflektif dan

  konduktivitas termal benda kerja, termasuk panas spesifik dan panas laten saat melebur atau menguap.

   Semakin rendah nilai parameter tersebu, proses semakin efisien.  Dapat dikombinasikan dengan gas seperti oksigen, nitrogen atau

  argon (laser-beam torch) untuk pemotongan material lembaran tipis.

   Dapat memotong lubang diameter 0,005 mm dengan rasio

  kedalaman dan diameter 50:1. Ketebalan plat yang dapat dipotong setebal 32 mm.

   Penggunaan lain: pengelasan, perlakukan panas, marking

  (penanda).

  Water Jet Machining

  Gambar :

  Water Jet Machining (cont’d)

   Disebut juga dengan Hydrodynamic Machining  Tekanan yang digunakan adalah 400 MPa, atau bisa mencapai 1400

  MPa.  Diameter nosel jet antara 0,05 mm – 1 m.  Material yang dipotong: plastik, kain, karet, produk kayu, kertas,

  kulit, material insulasi, batu bata, material komposit.  Ketebalan dapat mencapai 25 mm atau lebih.  Kelebihan:

   Pemotongan dapat dilakukan pada setiap lokasi tanpa pelubangan awal

   Tidak terjadi panas  Tidak terdapat defleksi benda kerja  Hanya sedikit saja material yang terbasahi  Produksi burr yang minim

Abrasive-Jet Machining

  Gambar :

  Abrasive-Jet Machining (cont’d)

   Menggunakan udara kering, nitrogen atau karbon dioksida

  dicampur dengan partikel abrasif dengan kecepatan tinggi.  Digunakan untuk pemotongan:

   Lubang kecil, slot, pola pada material yang sangat keras atau rapuh

   Deburring atau pembuangan flash pada part  Trimming dan bevelling  Pembuangan oksida dan permukaan film lainnya  Pembersihan komponen terhadap permukaan yang

  tidak beraturan  Tekanan suplay gas sebesar 850 kPa dan kecepatan abrasif

  hingga mencapai 300 ms dikendalikan dengan katup.  Ukuran abrasif dari 10 – 50 µm.

Micromachining

  Gambar :

  MEMS = Microelectromechanical System

  Micromachining (cont’d)

   Menggunakan chemical etching.  Contoh:

   Assembly roda gigi yang digerakkan oleh rotor berdiameter 55µm dan berputar dengan kecepatan 300.000 rpm searah maupun berlawanan arah jarum jam.

   Probe dan piranti pengukuran pada aplikasi pesawat luar angkasa, aliran fluida.

   Sistem fiber optik.

Nanofabrication

  Gambar :

  Nanofabrication (cont’d)

   Melibatkan pembentukan dan manipulasi struktur dengan

  karakteristik panjang kurang dari 1 µm.  Proses nanofabrikasi seperti photolithography, lithography, dll.

   Atomic Force Microscope (AFM) telah banyak digunakan dalam

  litografi berskala nano, dengan resolusi atomis, telah dapat digunakan untuk memanipulasi molekul tunggal dan atom pada permukaan.

   Contoh produk:

   Media informasi, dimana 1 bit informasi dapat disimpan dalam 100 atom, maka buku dapat disimpan dalam 0,5 mm 3 .

   Robot mikroskopis untuk membawa obat.

Proses Penyambungan : Welding (pengelasan)

  Proses Penyambungan (Joining Processes)

  Gambar :

  Alasan menggunakan Proses Penyambungan

  1. Produk tidak mungkin di manufaktur dalam satu benda. 2. Produk lebih mudah dan ekonomis di manufaktur dan di kirim

  (transport) sebagian komponen-komponen yg kemudian di rakit (assembly).

  3. Memungkinkan untuk mengambil komponen untuk perbaikan atau pemeliharaan thd bagian yg rusak.

  4. Sifat material yg berbeda mungkin lebih diinginkan untuk tujuan fungsional dari produk.

  Klasifikasi Proses Penyambungan

  Gambar :

  Contoh Penyambungan dengan Welding

  Gambar :

  Tiga Proses Penyambungan : Shielded Metal, Gas Metal, dan Gas Tungsten Arc Welding

  Kesamaan dari tiga proses :

  1. Setiap proses menggunakan arus DC untuk menghasilkan arc antara electroda dan benda kerja.

  2. Setiap proses menggunakan shielding untuk melindungi weld dari kontaminasi.

  3. Setiap proses menggunakan material pengisi (filler), yang memiliki komposisi kimia yg sama dengan benda kerja.

  Shielded Metal Arc Welding

  • Dikembangkan pada awal abad ke 20. Penggunaan

  utamanya di dalam pengelasan baja (steel welding). • Shielded metal arc welding dilaksanakan dengan membuat

  arc antara elektroda metal berlapis dan benda kerja. Sesaat arc terbentuk benda kerja menjadi cair pada titik lokasi arc.

  • Batang elektroda memiliki dua fungsi  Pertama : sebagai

  media utk arus listrik. Kedua : material pengisi digunakan untuk menghasilkan sambungan.

  • Lapisan yg mengelilingi elektroda membentuk gas yg

  membantu melindungi lasan.

  Shielded Metal Arc Welding (cont’d)

  Gas Metal Arc Welding

  • Gas metal arc welding (GMAW), juga dinamakan Metal Inert Gas

  (MIG) atau Metal Active Gas (MAG) welding, melindungi las-an dengan gas eksternal spt : argon, helium, carbon dioxide, atau campuran gas lain.

  • GMAW digunakan untuk mengelas semua metal-metal komersial

  penting a.l. baja (steel), aluminum, tembaga (cooper), dan stainless steel.

  • Pemilihan metal pengisi (filler metal) memiliki komposisi kimia

  yang sama dengan material yg di las. • Proses dapat dilakukan dalam berbagai posisi : datar, horizontal,

  vertical, dan overhead.

  Gas Metal Arc Welding (cont’d)

  Parameter dalam proses GMAW

  1. Ada empat metode pemindah metal : short circuit, globular, spray, dan pulsed spray. Setiap metode membutuhkan

  setting dan penggunaan yg berbeda.

  2. Gas pelindung (shielding gas).

  3. Ukuran elektroda (electrode size).

  4. Parameter elektrik : Tegangan (voltage) dan Arus (current) (GMAW menggunakan arus kontinyu).

  5. Laju pengumpanan (feed rate : kecepatan penyuplai-an pengisi).

  6. Laju penge-las-an (travel speed).

  Gas Tungsten Arc Welding

  • Dalam GTAW, elektroda tungsten digunakan sebagai pengganti

  elektroda metal dlm shielded metal arc welding. • Gas inert yg bersifat kimia (chemically inert gas), spt argon,

  helium, atau hydrogen, digunakan utk melindungi metal dari oksidasi.

  • Panas dari arc (busur) yg dibentuk oleh elektroda dan metal

  melebur bagian tepi metal. • Proses ini dpt digunakan untuk hampir semua metal dan

  menghasilkan las-an dgn kualitas tinggi. Namun laju pege-las- an cukup lambat.

  Gas Tungsten Arc Welding (cont’d)

  Gas Tungsten Arc Welding (cont’d)

  Elektroda Tungsten memiliki titik lebur yg tinggi  hal ini membuat GTAW memiliki keuntungan spesifik :

   Pengelasan (Welding) dapat di lakukan dalam setiap posisi.  Hasil las-an memiliki komposisi yg sama dengan metal benda kerja.  Tidak digunakan Flux; sehingga, hasil las-an tidak membutuhkan

  pembersihan dari sisa las-an yg bersifat korosif.  Tidak ada asap atau gas yg merusak penglihatan.  Penyimpangan dari metal benda kerja adalah minim karena panas

  terkonsentrasi pada luasa yg kecil.  Tidak ada cipratan api yg dihasilkan karena metal tidak di transfer

  melewati arc (busur).

  Faktor Keamanan dlm Pengelasan

  Protection clothes and Burn hazard gloves

  Eye protection against splatters

  Helmet or special

  and ultraviolet and infrared rays

  glasses

  Toxic gases: - carbon monoxide (CO)

  Well ventilated area - ozone (O2)

  - phosgene gases produced with some metals when welded

  The ESAB CaB 600 installed at AB Martin Larsson in Pålsboda, Sweden.

Rapid Prototyping

  (Material Increst Manufacturing)

Rapid Prototyping (RP)

   Juga dinamakan :

  Layered Manufacturing (LM) Desktop Manufacturing Solid Freeform Fabrication (SFF )

  Rapid Prototyping : Layered Manufacturing ?

  Rapid Prototyping : Layered Manufacturing ?

   Awal dari teknologi

  rapid mechanical prototyping 

   Topography • Pada 1890,

  metode pelapisan untuk membuat mold untuk peta relief topografi.

   Photosculpture • Pada 1879, usaha

  untuk membuat replika obyek 3- dimensi,

  Layered mold dari

  termasuk bentuk

  stacked sheets oleh

  manusia.

  DiMatteo (1974)

  Produk Rapid Prototyping

  Embedded copper

  Invar core

  Internal cooling

  channels

  S.S 316L surfaces

  PolyurethaneEpoxy turbines

  Alumina vane

  Kualitas Produk : Shrouded Fan

  Rapid Prototyped Part

  Proses Rapid Prototyping

  CAD

  Process Planning

  Mesin RP

  + Mudah dalam

  – Akurasi : ketebalan

  perencanaan utk 3D

  layer (lapisan)

  + Berbagai jenis material + Fast turn around

Rapid Prototyping : Stereolithography

   Liquid Photopolymer .  Menghasilkan akurasi dan permukaan akhir yg sangat baik  Kecepatannya rata2 + biaya 100~500K  Belakangan dapat menghasilkan produk metal dan ceramic green

  Rapid Prototyping : Mesin Stereolithography

  Rapid Prototyping : Kimia Photopolymer

  • Photoinitiator dan

  cairan reactive monomers

  • Cross-linking • Solidified

  photopolymer tidak meleleh, tapi melunak (soften)

  Gambar :

  Rapid Prototyping : Keuntungan

  1. Dapat menghasilkan geometri 3D yg kompleks.

  2. Automatic process planning berdasarkan  CAD model.

  3. Mesin fabrikasi yg umum, i.e., tidak membutuhkan spesifik fixturing dan tooling.

  4. Membutuhkan minimum atau tanpa intervensi dari operator.

  Rapid Prototyping : Keuntungan (cont’d)

  5. Mudah untuk visualisasi, verifikasi, iterasi, dan optimasi desain .

  6. Sebagai alat komunikasi dalam  simultaneous engineering.

  7. Studi pemasaran thd keingingan konsumen.

  8. Prototipe produk metal dan tooling dibuat dari polymer.

Rapid Prototyping : Urutan Proses

  1. Model solid CAD. 2. ‘ .STL ’ file. 3. Slicing file.

  Slicing 4. Final build file.

  5. Fabrikasi produk. 6. Post processing.

  Product

  Model

  Deposition Process

  Description

  Planning

  • STL

  Deposition codes

  Rapid Prototyping : Contoh Aplikasi

  Model Stereolithography dari telepon selular.

  Rapid Prototyping : Contoh Aplikasi (cont’d)

  Pembuatan patung melalui proses Solid Photography