PEMBENTUKAN LOGAM (METAL FORMING)

PEMBENTUKAN LOGAM (METAL FORMING)

DEFINISI :Proses pembentukan (forming) adalah prosesmengubah bentuk logam dengan suatu gaya padaarah tertentu tanpa menyisakan serpihan.

Proses pembentukan tergantung pada sifat plasticity  (plastisitas), yakni kemampuan mengalir sebagaipadatan tanpa merusak sifat-sifatnya.

KELEBIHAN DAN KEKURANGAN

Kelebihannya:

nkarena padatan, maka tidak perlu perangkatpembawa cairan

ntidak ada kompleksitas pemadatan.

nDibanding dengan proses pemesinan, prosespembentukan menghasilkan sekrap yanglebih sedikit.

Kekurangannya:

ngaya yang diperlukan tinggi,

nmesin dan perkakas mahal,

nsebagai konsekuensi dari kedua hal tersebutmaka harus dalam produksi besar

 

VARIABEL PROSES PEMBENTUKAN

 

nVariabel Bebas: di mana insinyur dapat mengontrol langsung dan variable-veraiabel tersebut biasnaya dipilih atau ditentukan ketika proses set-up

nVariabel Tak Bebas adalah konsekuensi dari pilihan variable bebas

 

VARIABEL BEBAS

1.Material permukaan: sifat kimia dan persyaratan sifat dan karakteristik bahan. Dasar pemilihan: kemudahan fabrikasi, dibatasi oleh sifat produk yang diinginkan.

2.Geometri mula dari benda kerja; dipilih dari varitas bentuk yang ada atas pertimbangan ekonomi

3.Geometri perkakas / cetakan; sangat berpengaruh karena system perkakas akan memproduksi dan mengontrol aliran logam

4. Pelumasan; 50% daya yang diberikan untuk mengatasi gesekan

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.Gaya/ daya yang diperlukan

2.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.

3.Exit / final temperature

4.Surface finish (permuakaan akhir) dan kehalusan

5.Sifat aliran bahan

 

Friksi dan Lubrikasi

nBeberapa proses 50% energi input digunakanuntuk mengatasi gesekan

nSurface finish dan kepresisisan produkdipengaruhi oleh friksi

Pada gear, bearing, journal dankomponen sejenis, kondisi friksimelibatkan:

 

 

1.Dua permukaan dengan material dan kekuatanserupa

2.Di bawah beban elastik di mana salah satukomponen mengalami perubahanbentuk permanen

3.Keausan berbentuk lingkaran yangmenghasilkan kesesuaian permukaan

4.Umumnya suhu rendah sampai sedang

PROSES PEMBENTUKAN

nTool keras dan tak mampu bentuk

nHanya sekali / satu tahap deformasi

nBenda kerja pada suhu yang naik / tinggi

 GESEKAN

Menurut teori friksi modern: “permukaan yang rata tidaklah rata”, namun ada kekasaran.

Bila dua permukaan berinteraksi, kontak permukaan dibangkitkan untuk mengatasi beban yang diberikan.

1.Bila beban ringan hanya 3 titik yang kontak

2.Bila beban naik luasan kontak naik

3.Bila beban tinggi seluruh permukaan kontak

4.Bila beban dinaikkan lagi maka luasan permuakaankontak tak akan naik lagi dan friksi tetap

 

PENGARUH TEKANAN KONTAK PADA GESEKAN

 

 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 prosesrecovery tidak aktif. Biasanya suhu kerja kurangdari 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 suhuleleh). 

 

HOT WORKING

Hot working didefinisikan sebagi deformasi plastislogam di atas suhu rekristaliasinya. Yangperlu diingat bahwa beda material bedasuhu rekristalisasinya. Misalnya tin /timah putih (Sn) pada suhu kamar, bajapada suhu 2000 0F, tungsten pada suhusampai 4000  0F belum mencapai daerahhot working.

Kenaikan suhu berpengaruh terhadap penurunan tegangan yield logam dan meningkatkan keuletannya. 

 

KEUNTUNGAN HOT WORKING

Pada suhu hot working, rekristalisasimengeliminasi efek dari strain hardening (pengerasan regang)sehingga tidak ada keniakansignifikan dalam kekuatan yieldatau kekerasan atau penurunankeuletan.

Kurva stress-strain sebenarnya mendatardi atas titik yield dan deformasidapat dipakai mengubah secaradrastic bentuk logam tanpa takutakan retak atau diperlukan gayayang sangat besar.

Mengurangi atau menghilangkanketidakhomogenan kimiawi

Pori-pori dapat dilas atau direduksiukurannya 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 WORKING

Suhu tinggi dari hot workingmeningkatkan reaksi logamdengan 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

Bila logam dipanaskan ulangtanpa deformasisebelumnya maka logamakan mengalamipertumbuhan butir danpenurunan secarakonkuren dalam sifatnya.

Namun bila logam telahmengalami deformasisebelumnya makastruktur yang terdistorsisecara cepat digantidengan ‘butir bebasrengangan’ baru.

Kemudian rekristalisasi diikutidengan salah satu dari

1.pertumbuhan butir atau

2.deformasi tambahan danrekristalisasi

3.penurunan suhu secara tajamuntuk memberhentikandifusi dan membekudalam struktrurteriskritalisasi. 

 

SIFAT LOGAM DAPAT DITINGKATKAN DENGAN

  

Mengganti struktur awal denganyang lebih bagus, dapatdihasilkan peningkatankekuatan, keuletan danketangguhan

Reorientasi partikel inklusi ataupengotor yang ada padalogam

 

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 workingdibanding hot working

Tidak diperlukan panas

Permuakan akhir yangdiperolehlebihbagus

Kontrol dimensi lebihbagus sehinggasedikit/tidakmemerlukanpemesinanlanjutan

Produk memilikikemampuanreproduksi danmampu tukaryang lebih bagus

Sifat kekuatan, kelelahandan keausanditingkatkanmelalui strain hardening

Sifat terarah dapatdiberikan

Problem kontaminasidiminimisasi

 

KELEMAHAN COLD WORKING 

 

Diperlukan gaya yanglebih besar untukmemulai danmenyelesaikanproses cold work

Diperlukan perangkat yang lebih berat dan lebih kuat

Kurang keuletan

Permukaan logam harusbersih bebas sisik

Anneal antara mungkindiperlukan untukmengkompen-sasi hilangkeuletan yangmenyertai strain hardening

Pemberian sifat yang terarah mungkin merusak

Tegangan sisa yang takdiinginkanmungkindiproduksi

 

SIFAT LOGAM PADA COLD WORKING

Kesesuaian suatulogamuntukdicoldworkditentukan olehsifatkeuletan,di manasifat inimerupakankonsekuensilangsungdaristrukturmetalurgis.Kemudian prosescold workmengubah strukturlogamdan padaakhirnyamengubah sifatkeuletanproduk

 

Kurva tegangan-reganganpada bajakarbonrendah(kiri) danbajakarbontinggi(kanan)  

 

  

 

Deformasi elasis è sd X1

Deformasi plastis è dr X1 sd X4

X4 èmaterial 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.

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 sebagaispringback.

 

 

  springback sangat penting

Pada proses cold working, bila mengingin-kan ukuran tertentu, deformasiharus dilebihkan sejumlah yangsama dengan springback.

Setiap material memilki moduliselastisitas yang berlainan makapemberian kelebihan untuk tiapmaterial juga berbeda.

Spring back adalah fenomena yang bisadiperkirakan dan pada hal yanglebih sulit dicegah denganprosedur desain yang lebih layak.