1. Pendahuluan Pembentukan Logam - Forming – Irawan

1. Pendahuluan Pembentukan Logam

Pembentukan logam adalah proses untuk mengubah benda kerja (work piece) dengan cara memberikan gaya luar sehingga terjadi deformasi plastis dan menjadi bentuk yang diinginkan .

Contoh: rolling, forging, extrusion, wire drawing, tube drawing, cupping dll.

Tujuan Utama Pembentukan Logam:

mengubah bentuk benda kerja menjadi bentuk yang diinginkan, memperbaiki sifat benda

kerja dengan cara memperbaiki struktur mikro, kekuatan mekanik dll.

Posisi Pembentukan Logam terhadap proses produksi lainnya:

1. Pengecoran (casting)

logam cair tuang ke cetakan isi ruang cetak coran dan sisa coran (saluran masuk dll.)

2. Pembentukan (forming) benda kerja (dipanaskan/tidak) dibentuk dg gaya luar terdeformasi plastik produk (tanpa geram, chipless)

3. Pemesinan (machining) benda kerja dimesin produk dan geram(chips)

Posisi Pembentukan Logam terhadap proses produksi lainnya (lanjt.):

4. Pengelasan (welding)

benda kerja + benda kerja +…. dilas sambungan las produk

5. Perlakuan panas (heat treatment)

benda kerja (work piece) heat treatment (quenching dll) produk (tidak terbentuk, bentuk tidak berubah)

6. Perlakuan permukaan (surface treatment)

benda kerja perlakuan permukaan (carburizing, shot peening dll.) produk (tidak berubah bentuk).

Pembentukan Logam dikaji dalam tiga bidang: 1. Bidang teknologi proses : geometri, kondisi dan prosesnya.

2. Bidang mekanika : memperkirakan gaya, daya serta energi yang pembentukan.

3. Bidang metalurgi: menyelidiki perubahan-perubahan sifat material akibat

proses pembentukan.

2. Klasifikasi Proses Pembentukan Logam

Pengklasifikasian bertujuan untuk mempermudah analisa dan pengkajian proses pembentukan logam pada berbagai aspek misalnya dalam segi temperatur pengerjaan, gaya pembentukan, maupun tahapan produk serta bentuk benda kerjanya.

Pengklasifikasian dapat berdasarkan:

1. Temperatur pengerjaannya (di atas atau di bawah suhu rekristalisasi)

2. Bentuk benda kerjanya

3. Tahapan produk

2.1 Klasifikasi berdasarkan Temperatur Pengerjaan

a. Proses pengerjaan panas ( hot -working process) Proses pengerjaan dengan temperatur benda kerja di atas suhu rekristalisasi (T ). T = suhu cair (Kelvin)

≈ 0.4 ∼ 0.5 T R cair cair

T baja karbon= aluminium= ±537°C , T ±250°C (Kelvin= °C

273)

b. Proses pengerjaan dingin ( cold -working process)

Proses pengerjaan dengan temperatur benda kerja di bawah

2.1.1 Proses Pengerjaan Panas (Hot-working process, HWP) Karakteristik:

Perlu energi pembentukan < energi pada proses pengerjaan dingin. (logam melunak pada suhu tinggi)
Butuh peralatan tidak terlalu berat seperti pada proses pengerjaan dingin
Pembentukan dengan deformasi plastik yang besar tanpa menimbulkan retak dan strain

hardening (pengerasan dengan regangan)

HWP - Memperhalus dan memperbaiki struktur butir logam akibat adanya pemanasan.

Digunakan pada proses-proses pembentukan primer misalnya slabs plates, blooms rails, billets bars - Memperhalus dan memperbaiki struktur butir logam akibat adanya pemanasan.
Dapat menghasilkan berbagai macam bentuk dengan mudah

Macam-macam HWP yang umum digunakan:

1. Pengerolan panas (Hot Rolling)

Prinsipnya: melewatkan logam panas di antara roll yang berputar berlawanan dengan lebar celah < tebal logam Syarat pokok:

1. Suhu permukaan = suhu inti ( ±1204°C untuk Carbon Steel)

2. Suhu berhentinya hot working ±38~93 °C di atas suhu rekristalisasi upper roll lower roll logam panas

2-high nonreversing roll

HWP

Contoh lain rolling:

logam panas logam panas

Cluster rolling 4-high rolling

2. Penempaan panas (Hot Forging)

Pembentukan logam dengan menggunakan gaya tekan terlokalisir yang Pembentukan logam dengan menggunakan gaya tekan terlokalisir yang dihasilkan secara manual atau dengan mesin.

a.Drop Forging (penempaan jatuh) Logam panas dibentuk oleh sepasang cetakan tertutup. Cetakan bawah berada di landasan hammer (anvil) sedangkan cetakan atas sebagai pemukul yang menempa benda kerja hingga menjadi produk. mampu menghasilkan produk dengan toleransi dimensi yang baik.

Contoh: connecting rod dll.

HWP

b. Upset Forging (Tempa Lantak)

Proses ini membentuk logam dengan menempa benda kerja ke arah

memanjang (arah longitudinal) untuk logam diameter hingga ±10 Benda kerja inch

c. Roll Forging (Penempaan dengan Rol)

F F F

Proses ini digunakan untuk membentuk penampang logam batangan menjadi lebih panjang atau berkurang diameter atau ketebalannya. contoh: tuas(pengungkit), gandar, leaf spring (pegas daun)

HWP

d. Swaging (penempaan=sistem palu) logam panas ditempa sementara bagian yang lainnya ditahan.

biasanya digunakan untuk mengurangi diameter tabung atau batang.

3. Pipe Welding (pengelasan pipa)

proses pembentukan pipa dari skelp proses pembentukan pipa dari skelp rolling dan welding rolling dan welding pipa pipa (a) Butt-Welded Pipe : untuk pipa diameter 1/8 ~ 3 inch (76mm) (Pipa Terlas Tumpu)

HWP (b) Lap-Welded Pipe (Pipa Terlas Tindih)

Untuk produk pipa berdiameter besar mulai 2 ~ 16 inch

4. Piercing (menusuk tembus) proses pembuatan tabung tebal tanpa sambungan. proses pembuatan tabung tebal tanpa sambungan.

Dibuat dari billet silinder yang dibentuk di antara dua roll convex (cembung) dan ditekan dengan mandrel.

HWP

5. Hot Drawing (penarikan panas)

proses untuk membentuk bagian-bagian yang relatif tebal dengan membentuk silinder. Seperti bentuk cupping berikut :

6. Extrusion (penekanan)

logam didorong melalui suatu cetakan yang menentukan bentuk akhir dari produk. logam yang biasa diekstrusi: timah, brass, bronze, tembaga, Al paduan, Mg paduan (karena tegangan luluh dan suhu ekstrusi rendah). ekstrusi baja terbatas pada bentuk lingkaran terkecil berdiameter 5 inch memungkinkan produksi jumlah yang sedikit karena penyetelan bentuk cetakan baru perlu beberapa menit saja. Macam-macam ekstrusi: HWP

Billet:bongkah

HWP

6. Hot Spinning (pemutaran panas)

pembentukan logam yang berawal dari piringan datar yang diputar kemudian ditekan secara terkontrol pada satu sisi sesuai bentuk cetakannya(die) hingga dihasilkan produk yang diinginkan. beberapa proses digunakan untuk membuat bejana tekan, kepala tangki dari suatu plat tebal.

2.1.2 Proses Pengerjaan Dingin (Cold-working process, CWP)

Proses pembentukan logam yang dilakukan di daerah suhu di bawah temperatur rekristalisasi (temperatur ruang atau tanpa pemanasan).

CWP

Pada proses ini terjadi peristiwa pengerasan regangan (strain hardening) dimana logam terdeformasi plastis sehingga logam menjadi makin kuat, keras namun makin getas (brittle).

Deformasi yang diijinkan terjadi adalah relatif kecil agar tidak terjadi retak karena sifat getas logam akibat pengerasan regangan. karena sifat getas logam akibat pengerasan regangan.

Keuntungan

Kondisi permukaan produk lebih baik karena tidak ada kerak/sisik akibat oksidasi saat pemanasan seperti pada proses pengerjaan panas. Naiknya kekerasan dan kekuatan logam. Tanpa pemanasan. Kontrol dimensi lebih baik.

Kekurangan

Perlu gaya yang lebih besar daripada proses HWP untuk membuat benda kerja mengalami deformasi plastis. Perlu peralatan yang lebih kuat. Sebelum proses, permukaan harus bersih dari terak. Benda kerja (work piece) makin getas akibat pengerasan regangan

(penanggulangan dengan annealing/perlakuan pemanasan) Adanya tegangan sisa (residual stress).

Macam-macam CWP yang umum digunakan: CWP

1. Cold Rolling (pengerolan dingin)

Prosesnya sama dengan hot rolling namun tanpa pemanasan dan hasilnya lebih akurat ukuran dimensinya.

2. Cold Swaging (pemukulan dingin)

Proses ini biasanya menggunakan mesin swaging rotary Yang mana benda kerja dimasukkan dalam cetakan lalu ditekan hingga keluar

CWP

Contoh mesin swaging standar:

Sumber: ASM Handbook : Bulk

(

Metal Forming

)

3. Cold Forging (penempaan dingin) Biasanya digunakan untuk memproduksi baut, paku dan keling dll.

3. Cold Forging (penempaan dingin)

CWP

4. Cold Extrusion (penekanan dingin)

Biasa disebut impact extrusion dengan produk antara lain poros dan rotor untuk kompresor pendingin, baut dll.

5. Bending (pembengkokan)

proses pembengkokan logam yang biasa dikenakan pada plat, lembaran menjadi saluran, drum tangki dll. beberapa bentuk dies untuk membentuk roll bead

CWP

6. Shearing (pemotongan geser)

Suatu metode pemotongan logam untuk plat/lembaran tanpa ada geram maupun pembakaran.

7. Tube Drawing (penarikan tabung)

Penarikan dingin dari seamless tube (tabung tanpa sambungan ) agar didapat pipa/tabung dengan permukaan lebih halus, berdinding lebih tipis dan lebih akurat dimensinya.

8. Wire Drawing (penarikan kawat)

Berupa penarikan dingin pada batang logam menjadi diameter lebih kecil. Biasanya diawali dengan batang berdiameter ¼ inch lalu ditarik melalui dies secara bertahap hingga mencapai diameter yang diinginkan.

9. Deep Drawing (penarikan dalam)

Proses pembentukan logam menjadi bentuk-bentuk seperti mangkuk dari Proses pembentukan logam menjadi bentuk-bentuk seperti mangkuk dari bahan-bahan lembaran-lembaran logam datar yang tipis.

10. Shear Forming / Flow forming(pembentukan geser) Merupakan modifikasi dari proses spinning.

Mampu menghasilkan bentuk-bentuk konis, setengah bola, silinder dengan ketebalan seragam/bertingkat sesuai dengan bentuk die dan jalur alat penekanan.

11. Stretch Forming (pembentukan mulur)

Proses ini dikembangkan untuk industri pesawat terbang dengan produk seperti wing tip, penutup mesin dll.

Dalam proses ini semua tegangan tekan yang menyertai tegangan bending normal selama pembentukan dihindari sehingga spring back yang terjadi sangat kecil

CWP

12. High Energy-Rate Forming (pembentukan energi dan kecepatan tinggi)

Proses ini memanfaatkan sifat logam yang lebih mudah terdeformasi/berubah bentuk oleh beban besar dengan kecepatan sangat tinggi (beban kejut). Gaya pembentukan didapat dari hasil ledakan dalam fluida yang mana dapat menyalurkan gaya pembentukan secara merata.

2.2 Klasifikasi berdasarkan Gaya Pembentukan

1. Pembentukan dengan gaya tekan:

a. Forging

b. Rolling

c. Extrusion

d. Swaging

2. Pembentukan dengan tekanan dan tarikan

a. Wire drawing b. Tube drawing c. Deep drawing d. Spinning

e. Ironing (penipisan dinding)

3. Pembentukan dengan tarikan

a. Stretch Forming

b. Expanding

4. Pembentukan dengan Tekukan

a. Bending

b. Roll Forming

5. Pembentukan dengan geseran maupun puntiran

2.3 Klasifikasi berdasarkan Bentuk Benda Kerja

1. Pembentukan benda kerja pejal/masif

forging, rolling, extrusion, wire drawing, tube drawing, ironing

2. Pembentukan benda kerja pelat

deep drawing, bending, shearing

2.4 Klasifikasi berdasarkan Tahapan Bentuk

1. Proses Pembentukan Primer Menghasilkan produk-produk setengah jadi.

1. Proses Pembentukan Primer

Misalnya: Rolling pada slab dan billet plat pada ingot dan billet batang, tabung, kawat

2. Proses Pembentukan Sekunder Menghasilkan produk-produk lebih lanjut.

Misalnya: plat tabung, mangkuk batang kawat kawat berdiameter kecil (wire drawing)

Sumber literatur untuk semua bahan di slide ini: 1. Siswosuwarno, Mardjono, “Teknik Pembentukan”, FTI. ITB.

2. ASM International, 2005, ”ASM Handbook Vol.14A:

Metalworking: Bulk Forming ”, ASM International

1. Pendahuluan Pembentukan Logam - Forming – Irawan