• f tegangan untuk memelihara plastic-deformation
• f tegangan untuk memelihara plastic-deformation
diperlukan untuk menangani : suhu , regangan dan laju regangan (strain and strain rates) yield-strength handbook kurang berguna (tegangan untuk memulai plastic deformation) !
• Bergantung pd process-state : steady-state dan non steady-state
proses ! • Proses cold-working :
Non steady-state ambil instantaneous flow-stress pada point of interest !. Maximum force ambil flow-stress pada final-strain !
Steady-state n ambil mean-flow stress = integrasi Y
fm K
dari limit strain ybs. Untuk annealed material :
n K 1 Y fm
n
K dan n cari dari Tabel atau lakukan pengujian kompresi (compression test) !.
Tekanan dan Gaya dalam Metal Forming (cont’d)
Metal Forming
Gambar : a) Strain hardening yg tinggi (ditunjukkan dgn n yg tinggi) menghasilkan elongasi besar yg uniform, post-necking deformation meningkat dgn meningkatnya strain-rate sensitivity (m), shg fracture tertunda. b) Material dgn nilai n yg rendah menghasilkan neck yg cepat dan jika nilai m rendah, cepat tjd fracture.
Tekanan dan Gaya dalam Metal Forming (cont’d)
Metal Forming
Gambar : Plane-strain condition dibatasi oleh a) elemen dies, b) bagian yg tidak terdeformasi (point 4 pada von Mises)
Tekanan dan Gaya dalam Metal Forming (cont’d)
Metal Forming
Flow-stress (cont’d)
•Proses hot-working : dipengaruhi strain-rate sensitivity !
Flow-stress m dihitung berdasarkan : C dan m Y
f C
( strenght coeficient dan strain-rate sensitivity exponent ) diambil dari tabel !. Bila tidak ada lakukan pengujian compression !
Strain berbeda C dan m berbeda.
T = m Y f C
Effect of Friction
•Terjadi karena kontak antara benda-kerja dgn toolsdies !
F i
•Berdasarkan koefisien gesek
P p
•Meningkatnya tekanan inerface p meningkatkan interface
shear-stress secara linear ! koefisien gesek konstan !
i
i
•Bila gesekan besar (shear stress) interface shear-stress
mencapai shear flow-stress f dari material benda-kerja
benda kerja menolak pergeseran dgn toolsdies tjd deformasi dgn shearing (pergeseran) pada bagian dalam benda-kerja !
Tekanan dan Gaya dalam Metal Forming (cont’d)
Metal Forming
Gambar :
Tekanan dan Gaya dalam Metal Forming (cont’d)
Metal Forming
Inhomogeneous Deformation :
• Saat toolsdies melakukan penetrasi, tjd identasi lokal
inhomogenuos material flow = aliran material tak-homogen !
Gambar :
Tekanan dan Gaya dalam Metal Forming (cont’d)
Metal Forming
Cth 1 : Tarikan murni di kenakan pada komponen pesawat 7075-T6 Alumunium
alloy : diameter = 25mm, panjang 400 mm. Diketahui dari tabel E = 70 GPa, Ys = 496 MPa, Ts = 558 MPa. Hitung : a) perpanjangan komponen bila terbeban = 80 kN , b) beban dimana komponen mengalami deformasi permanen , c) beban maksimum tanpa fracture .
Jawab : a) 2 Penampang bar A
0 = 20 .4 = 314 mm2. Tensile stress =
80.000314 = 255 Nmm2 (= 255 Mpa) kurang dari Ys deformasi = elastik ! e t = E= 25570000 = 0.0036 (36).
b) Ys = 0.2 = 496 Nmm2 P 0.002 = ( 0.2 )(A 0 ) = 496314 = 156 kN c) Pmax = (Ts)(A 0 ) = 558314 = 175 kN
Tekanan dan Gaya dalam Metal Forming (cont’d)
Metal Forming
Gambar : Sifat mekanik dari beberapa material
Tekanan dan Gaya dalam Metal Forming (cont’d)
Metal Forming
Cth 2 :
Sebuah komponen dgn ketebalan 6.35 mm dan lebar 6.38 mm, panjang l 0 = 25 mm di dpt dr proses pemesinan thd plat 80Cu-20Ni alloy yg di annealed. Dilakukan penarikan (tension) dgn gaya 10000 kgf (98kN). Setelah tjd fracture = l f = 42.2 mm, dengan penampang adl 2.85 mm x 3.50 mm. Hitunglah : a) Modulus
Young , b) 0.2 c) Ts , d) elongasi , dan e) pengurangan penampang .
Jawab :
a) Di dpt P = 5.7 kN dan A 0 = (6.35)(6.38) = 40.5 mm2 = 40.5 (10 -6 ) m2. Perpanjangan 0.025 mm, e t = 0.02525.0 = 0.001.
40.5(10 )(0.001) l
b) Pada regangan 0.2 = e t 0.002 l o 25 Shg perpanjangan = (0.002)(25.0) = 0.05 mm. Tarik garis paralel thd garis
elastik memotong titik dimana P =4.4 kN. Shg
2 MPa
40.5 mm
Tekanan dan Gaya dalam Metal Forming (cont’d)
Metal Forming
Cth 2 : c) Beban maksimum P max = 14.2 kN
d) Elongasi dgn l f yg diukur pada spesimen 42.2 25.0
e) Luas penampang saat fracture Af =(2.85)(3.5) = 9.98 mm2.
40.5 9.98
q
Tekanan dan Gaya dalam Metal Forming (cont’d)
Metal Forming
Tekanan dan Gaya dalam Metal Forming (cont’d)
Metal Forming
Cth 3 : Sebuah komponen, silinder baja dgn diameter 15.00 mm dan tinggi 22.5 mm di buat
dari hot-rolled AISI 1020 steel, di tekan (compression) pada suhu ruang. Pelumas grafit digunakan untuk mengurangi gesekan . Gaya P yg terlihat di 6 titik berikut tinggi sesaat (instantaneous height) tercatat pd tabel. Hitunglah : a)
true-stress pada setiap point , b) compressive strain e c .
Jawab : a) Volume dari komponen tsb (152.4)(22.5)=3976 mm3. Penampang A sesaat =
A=Vh = (3976)(8.5) P
A
b) Dihitung dgn
A
h 0
e c h A
Tekanan dan Gaya dalam Metal Forming (cont’d)
Tekanan dan Gaya dalam Metal Forming (cont’d)
Metal Forming
Cth 4 : Dari kurva displacement dari contoh 2, hitung flow stress dari material tsb pada
beberapa point. Plot-lah utk mendapatkan nilai K dan n . Jawab : a) Untuk mendptkan luas penampang sesaat, volume dari komponen (specimen) di
hitung pada panjang l0 V = (6.35)(6.38)(25.0) = 1031 mm3. Luas penampang sesaat diperoleh dari
l 0 V A
l flow stress dari
P f A
true-strain dari
Titik terakhir pada tabel di hitung dari penampang saat tjd fracture : f =P f A f =
(9300)(2.85)(3.5)=932 MPa, dan regangan dari regangan saat tjd fracture = ln(A0A1) = ln(40.59.98)=1.4. Plot dari titik2 pada kertas log-log garis lurus K = 760 Mpa, dan n = 0.45.
Tekanan dan Gaya dalam Metal Forming (cont’d)
Metal Forming
Tabel : Tabulasi dari flow-stress pada beberapa titik
Suhu dalam Pengerjaan Logam
Metal Forming
1. Cold working (Pengerjaan Dingin)
Pro : • Akurasi yg lebih baik. • Permukaan akhir yg lebih baik . • Pengerasan regang ( strain hardening ) meningkatkan kekuatan
dan kekerasan ( strength and hardness ). • Aliran butir (grain) selama deformasi menyediakan sifat
direksional penting utk proses pengerjaan logam lembaran (sheet metalworking).
• Tidak memerlukan pemanasan. Kontra :
• Membutuhkan gaya dan daya yg lebih besar high flow-stress ! • Permukaan sebaiknya di bersihkan. • Ductility rendah (krn kepadatan dislokasi meningkat) +
pengerasan regang (strain-hardening) membatasi pembentukan. • Ductility rendah fracture pada bendakerja dibutuhkan
annealing (utk tahap recovery dan recrystallization) softening !
Suhu dalam Pengerjaan Logam (cont’d)
Metal Forming
Gambar : Cold working meningkatkan kekuatan material (strength of material) dan menurunkan ductility
Suhu dalam Pengerjaan Logam (cont’d)
Metal Forming
Gambar :
Suhu dalam Pengerjaan Logam (cont’d)
Metal Forming
2. Warm working – suhu antara suhu ruang dan suhu rekristalisasi, secara garis besar sekitar 0.3 T m
Pros yg berseberangan dgn cold working : • Gaya dan Daya yg lebih rendah flow stress lebih rendah
(ketimbang cold working)!. • Memungkinkan pengerjaan terhadap Geometri yg lebih
kompleks. • Kebutuhan untuk dilakukan proses annealing mungkin dapat di
kurangi atau bahkan dihilangkan.
Suhu dalam Pengerjaan Logam (cont’d)
Metal Forming
3. Hot working – Deformasi pada suhu dibawah suhu rekristalisasi umumnya antara 0.5T m to 0.75T m
Pros • Memungkinkan deformasi yg lebih besar. • Gaya dan daya yang lebih rendah. • Pembentukan material dengan keuletan rendah dengan suhu
ruang dimungkinkan. • Menghasilkan sifat isotropik (isotropic properties) dari
proses. • Tidak ada pekerjaan pengerasan.
Suhu dalam Pengerjaan Logam (cont’d)
Metal Forming
• Isothermal Forming – proses preheating terhadap
tools (e.g. dies) ke suhu yang sama dengan suhu metal yg dikerjakan :
menghilangkan : pendinginan permukaan dan gradient thermal yg di hasilkan di benda-kerja (metal yg dikerjakan).
Normalnya di lakukan terhadap baja paduan tinggi (highly alloyed steels), titanium alloys dan paduan nikel suhu tinggi (high-temperature nickel alloys).
Efek dari Laju Regangan (Effect of Strain Rate)
Metal Forming
Y m
f C
= strain rate
v 1 ( s )
h m = strain-rate sensitivity exponent
v = instantaneous Deformation veloc.
h = instant. Length of workpiece
•Strain rate dipengaruhi secara kuat oleh temperatur .
n Y m
f K