pembentukan logam metal forming
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.
2.
3.
Material permukaan: sifat kimia dan
persyaratan sifat dan karakteristik bahan.
Dasar pemilihan: kemudahan fabrikasi,
dibatasi oleh sifat produk yang diinginkan.
Geometri mula dari benda kerja; dipilih dari
varitas bentuk yang ada atas pertimbangan
ekonomi
Geometri perkakas / cetakan; sangat
berpengaruh karena system perkakas akan
memproduksi dan mengontrol aliran logam
4. Pelumasan; 50% daya yang diberikan untuk
mengatasi gesekan
Fungsi pelumas: melumasi, pendingin, pembatas
panas, pencegah korosi, senyawa pemusnah
Yang 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.
2.
3.
4.
5.
Gaya/ daya yang diperlukan
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.
Exit / final temperature
Surface finish (permuakaan akhir) dan
kehalusan
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.
2.
3.
4.
Dua permukaan dengan material dan
kekuatan serupa
Di bawah beban elastik di mana salah satu
komponen mengalami perubahan bentuk
permanen
Keausan berbentuk lingkaran yang
menghasilkan kesesuaian permukaan
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
1.
2.
3.
4.
Menurut teori friksi modern: “permukaan yang rata
tidaklah rata”, namun ada kekasaran.
Bila dua permukaan berinteraksi, kontak
permukaan dibangkitkan untuk mengatasi beban
yang diberikan.
Bila beban ringan hanya 3 titik yang kontak
Bila beban naik luasan kontak naik
Bila beban tinggi seluruh permukaan kontak
Bila beban dinaikkan lagi maka luasan permuakaan
kontak tak akan naik lagi dan friksi tetap
Pengaruh tekanan kontak
terhadap gesekan
Friksi, F
P
Slope (gradien)
Tekanan kontak, P
F
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
1.
2.
3.
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
pertumbuhan butir atau
deformasi tambahan dan rekristalisasi
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.
(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.
2.
3.
Material permukaan: sifat kimia dan
persyaratan sifat dan karakteristik bahan.
Dasar pemilihan: kemudahan fabrikasi,
dibatasi oleh sifat produk yang diinginkan.
Geometri mula dari benda kerja; dipilih dari
varitas bentuk yang ada atas pertimbangan
ekonomi
Geometri perkakas / cetakan; sangat
berpengaruh karena system perkakas akan
memproduksi dan mengontrol aliran logam
4. Pelumasan; 50% daya yang diberikan untuk
mengatasi gesekan
Fungsi pelumas: melumasi, pendingin, pembatas
panas, pencegah korosi, senyawa pemusnah
Yang 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.
2.
3.
4.
5.
Gaya/ daya yang diperlukan
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.
Exit / final temperature
Surface finish (permuakaan akhir) dan
kehalusan
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.
2.
3.
4.
Dua permukaan dengan material dan
kekuatan serupa
Di bawah beban elastik di mana salah satu
komponen mengalami perubahan bentuk
permanen
Keausan berbentuk lingkaran yang
menghasilkan kesesuaian permukaan
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
1.
2.
3.
4.
Menurut teori friksi modern: “permukaan yang rata
tidaklah rata”, namun ada kekasaran.
Bila dua permukaan berinteraksi, kontak
permukaan dibangkitkan untuk mengatasi beban
yang diberikan.
Bila beban ringan hanya 3 titik yang kontak
Bila beban naik luasan kontak naik
Bila beban tinggi seluruh permukaan kontak
Bila beban dinaikkan lagi maka luasan permuakaan
kontak tak akan naik lagi dan friksi tetap
Pengaruh tekanan kontak
terhadap gesekan
Friksi, F
P
Slope (gradien)
Tekanan kontak, P
F
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
1.
2.
3.
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
pertumbuhan butir atau
deformasi tambahan dan rekristalisasi
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.