Proses Penempaan
/ Forging
PROSES PENEMPAAN/FORGING
PENDAHULUAN
Penempaan(forging) adalah proses pembentukan
logam secara plastis dengan mempergunakan gaya tekan untuk mengubah bentuk atau ukuran
dari logam yang dikerjakan. Proses tempa bisa dilakukan dengan 2 cara yaitu
pengerjaan panas(hot working) dan pengerjaan
dingin (cold working). Penempaan
(forging) bisa dilakukan dengan manual atau dengan mesin hidrolis karena bisa
membuat tekanan yang dan membutuhkan tenaga yang besar pula. Tetapi jika
menggunakan tenaga pneumatik, tenaga yang dihasilkan lebih kecil.
Dua jenis pengerjaan mekanik dimana logam mengalami
deformasi plastik dan perubahan bentuk adalah pengerjaan panas dan pengerjaan
dingin. Pada pengerjaan panas, gaya deformasi yang diperlukan adalah lebih
rendah dan perubahan sifat mekanik tidak seberapa. Pada pengerjaan dingin,
diperlukan gaya yang lebih besar, akan tetapi kekuatan logam tersebut akan
meningkat dengan cukup berarti .
Suhu rekristalisasi logam menentukan batas antara
pengerjaan panas dan dingin .Pengerjaan panas logam dilakukan di atas suhu
rekristalisasi atau di atas daerah pengerasan kerja. Pengerjaan dingin
dilakukan di bawah suhu rekristalisasi dan kadang-kadang berlangsung pada suhu
ruang. Suhu rekristalisasi baja berkisar antara 500 ºC dan 700 ºC.
Selama operasi pengerjaan panas, logam berada dalam
keadaan plastik dan mudah dibentuk oleh tekanan . pengerjaan panas mempunyai
keuntungan-keuntungan sebagai berikut:
1. Porositas dalam logam dapat dikurangi. Batangan [ingot] setelah
dicor umumnya mengandung banyak lubang-lubang tersebut tertekan dan
dapat hilang oleh karena pengaruh tekanan kerja yang tinggi
2. Ketidakmurnianan dalam bentuk inklusi terpecah-pecah
dan tersebar dalam logam.
3. Butir yang kasar dan butir berbentuk kolum
diperhalus. Hal ini berlangsung di daerah rekristalisasi.
4. Sifat-sifat fisik meningkat, disebabkan oleh karena
penghalusan butir. Keuletan dalam logam meningkat.
5. Jumlah energi yang dibutuhkan untuk mengubah bentuk
baja dalam keadaan panas jauh lebih rendah dibandingkan dengan energi yang
dibutuhkan untuk pengerjaan dingin.
Proses utama pengerjaan panas logam adalah :
A. Pengerolan [rolling]
B. Penempaan [forging]
1. Penempaan palu
2. Penempaan timpa
3. penempaan umset
4. penempaan tekan penempaan pres
5. penempaan rol
6. Penempaan dingin
C. Ekstrusi
D. Penarikan
E. Pemutaran panas
PENGEROLAN (
ROLLING)
Batang baja yang tidak dilebur kembali dan dituang
dalam cetakan diubah bentuknya dalam dua tahap :
1. Pengerolan baja menjadi barang setengah jadi:
bloom, bilet, slab.
2. Pemrosesan selanjutnya dari bloom, bilet, slab
menjadi pelat, lembaran, batangan, bentuk profil atau lembaran tiffs [foil].
Baja didiamkan
dalam cetakan ingot hingga proses solidipikasi lengkap, kemudian dikeluarkan
dari cetakan. Selagi panas, ingot dimasukan dalam dapur gas yang disebut pit
rendam dan dibiarkan sampai mencapai suhu kerja merata sekitar 1200 °C. Ingot
kemudian dibawa ke mesin pengerolan dimana ingot dibentuk menjadi bentuk
setengah jadi seperti bloom, bilet, slab. Bloom mempunyai ukuran minimal 150×150
mm. Bilet lebih kecil daripada bolm dan mempunyai ukuran persegi, ukuran mulai
dari 40x40mm sampai 150×150 mm. Bloom atau bilet dapat digiling menjadi slab
yang mempunyai lebar minimal 250 mm dan tebal minimal 40 mm. Lebar selalu tiga
(atau lebih) kali tebal, dengan ukuran maksimal 1500 mm. Pelat, skelp dan
setrip tipis digiling dari slab.
Salah satu efek dari operasi pengerjaan
panas pengerolan ialah penghalusan butir yang disebabkan rekristalisasi. Hal
ini dapat dilihat pada gamar 1 Struktur yang kasar, kembali menjadi struktur
memanjang akibat pengaruh penggilingan. Karena suhu yang tinggi, rekristalisasi
terjadi dan butir halus mulai terbentuk.
Gambar 1. Pengaruh pengerolan panas pada bentuk dan besar butir
Gambar 1. Pengaruh pengerolan panas pada bentuk dan besar butir
PENEMPAAN
Penempaan palu
Pada proses penempaan logam yang dipanaskan ditimpa
dengan mesin tempa uap diantara perkakas tangan atau die datar. Penempaan
tangan yang dilakukan oleh pandai besi merupakan cara penempaan tertua yang dikenal.
Pada proses ii tidak dapat diperoleh ketelitian yang tinggi dan tidak dapat
pula dikerjakan pada benda kerja yang rumit. Berat benda tempa berkisar antara
beberapa kilogram sampai 90 Mg
Gambar 3. Diagram yang menggambarkan jumlah pas dan urutan mereduksi penampang bilet 100 x 100 mm menjadi batang bulat.
Gambar 3. Diagram yang menggambarkan jumlah pas dan urutan mereduksi penampang bilet 100 x 100 mm menjadi batang bulat.
Penempaan
Timpa
Perbedaan penempaan palu dan penempaan timpa terletak
pada jenis die yang digunakan. Penempaan timpa menggunakan die tertutup, dan
benda kerja terbentuk akibat impak atau tekanan, memaksa logam panas yang
plastis, dan mengisi bentuk die. Prinsip kerjanya dapat dilihat pada gambar 5.
Pada operasi ini ada aliran logam dalam die yang disebabkan oleh timpaan yang
bertubi-tubi. Untuk mengatur aliran logam selama timpaan, operasi ini dibagi
atas beberapa langkah. Setiap langkah merubah bentuk kerja secara bertahap,
dengan demikian aliran logam dapat diatur sampai terbentuk benda kerja.
Gambar 4. Mesin tempa uap dengan rangka terbuka.
Gambar 4. Mesin tempa uap dengan rangka terbuka.
Suhu tempa untuk baja 1100° – 1250°C, tembaga dan
paduannya: 750-925°C, magnesium: 370-450°C benda tempa dengan die tertutup
mempunyai berat mulai dari beberapa gram sampai 10 Mg.
Gambar 5. Penempaan timpa dengan die tertutup.
Gambar 5. Penempaan timpa dengan die tertutup.
Dikenal dua jenis mesin penempaan timpa yaitu: palu
uap dan palu gravitasi. Pada palu uap pembenturan tekanan impak terjadi akibat
gaya palu dan die ketika mengenai die bawah tetap. Pada gambar 6. terlihat palu
piston. Untuk mengangkat palu digunakan udara atau uap. Dapat diatur tinggi
jatuhnya dengan program, oleh karena itu dapat dihasilkan benda kerja yang
lebih uniform. Palu piston dibuat dengan kapasitas mulai dari berat palu 225 Kg
sampai 4500 kg. Palu piston banyak digunakan di industri perkakas tangan,
gunting, sendok, garpu, suku cadang, dan bagian pesawat terbang.
Palu tempa impak seperti gambar 7 terdiri dari dua
silinder yang berhadapan dalam bidang horisontal, yang menekan impeler dan die.
Bahan diletakkan pada bidang impak dimana kedua bagian die bertemu. Deformasi
dalam bahan menyerap energi. Pada proses ini bahan mengalami deformasi yang
sama pada kedua sisinya; waktu kontak antara bahan dan die lebih singkat,
energi yang dibutuhkan lebih sedikit dibandingkan dengan proses tempa lainnya
dan benda dipegang secara mekanik.
Setelah selesai, semua benda tempa rata-rata tertutup
oleh kerak harus dibersihkan. Hal ini dapat dilakukan dengan mencelupkannya
dalam asam, penumbuhan peluru atau tumbling, tergantung pada ukuran dan
komposisi benda tempa Bila selama penempaan terjadi distrosi, operasi pelurusan
atau menempatkan ukuran dapat dilakukan
Keuntungan dari operasi penempaan ialah struktur
kristal yang halus dari logam, tertutup lubang-lubang, waktu pemesinan yang
meningkatnya sifat-sifat fisis. Baja karbon, baja paduan besi tempa, tembaga
paduan aluminium dan paduan magnesium dapat ditempa. Kerugian ialah timbulnya
inklusi kerak dan mahalnya die sehingga tidak ekonomis untuk membentuk benda
dalam jumlah yang kecil.
Gambar 6. Palu piston.
Gambar 7. Mesin tempa impak.
Gambar 6. Palu piston.
Gambar 7. Mesin tempa impak.
Penempan dengan die tertutup mempunyai beberapa
kelebihan dibandingkan dengan penempaan dengan die terbuka, antara lain
penggunaan bahan yang lebih ketat, kapasitas produksi yang lebih tinggi dan
tidak diperlukannya keahlian khusus.
Penempaan
Tekan
Pada penempaan tekan, deformasi plastik logam melalui
penekanan berlangsung dengan lambat, yang berbeda dengan impak palu yang
berlangsung dengan cepat. Mesin tekan vertikal dapat digerakkan secara mekanik
atau hidrolik. Pres mekanik yang agak lebih cepat dapat menghasilkan antara 4
dan 90 MN (Mega Newton). Tekanan yang diperlukan untuk membentuk baja suhu
tempa bervariasi antara 20-190 MPa (Mega Pascal). Tekanan dihitung terhadap
penampang benda tempa pada garis pemisah die.
Pada penempaan tekan pada sebagian besar energi dapat
diserap oleh benda kerja sedang pada tempa palu sebagian energi diteruskan ke
mesin dan pondasi. Reduksi dan benda kerja jauh lebih cepat, oleh karena itu
biaya operasi lebih rendah. Banyak bagian dengan bentuk yang tak teratur dan
rumit dapat ditempa secara lebih ekonomis dengan proses temap timpa.
Penempaan
Upset
Pada penempaan upset batang berpenampaan rata dijepit
dalam die dan ujung yang dipanaskan ditekan sehingga mengalami perubahan bentuk
seperti terlihat pada gambar 8. Panjang benda upset 2 atau 3 kali diameter
batang, bila tidak benda kerja akan bengkok. Pelubangan progresif sering
dilakukan pada penempaan upset seperti untuk membuat selongsong peluru artileri
atau silinder mesin radial.
Gambar 8. Penempaan upset.
Gambar 8. Penempaan upset.
Urutan operasi untuk menghasilkan benda berbentuk
silinder bisa dilihat pada gambar 9. Potongan bahan bulat dengan panjang
tertentu dipanaskan sampai suhu tempa, kemudian bahan ditekan secara progresif
untuk melobanginya sehingga diperoleh bentuk tabung.
Gambar 9. Urutan operasi penempaan silinder menggunakan mesin tempa upset.
Gambar 9. Urutan operasi penempaan silinder menggunakan mesin tempa upset.
Penempaan
Rol
Batang bulat yang pendek dikecilkan penempangannya
atau dibentuk tirus dengan mesin tempat rol. Bentuk mesin rol terlihat pada
gambar 10 dimana rol tidak bulat sepenuhnya, akan tetapi dipotong 25-75°% untuk
memungkinkan bahan tebuk masuk diantara rol. Bagian yang bulat diberi alur
sesuai dengan bentuk yang dihendakinya. Bila rol dalam berada dalam posisi
terbuka, operator menempatkan batang yang dipanaskan di antara rol. Ketika rol
berputar, batang dijepit oleh alur rol dan didorong ke arah operator. Bila rol
terbuka, batang didorong kembali dan digiling lagi, atau dipindahkan keluar
berikutnya untuk lengkap pembentukan selanjutnya.
Untuk mengerol roda, ban logam dan benda-benda serupa
lainnya diperlukan mesin rol yang agak berbeda. Pada gambar 11 terlihat proses
untuk mengerol roda. Bila roda berputar diamer berangsur-angsur bertambah
sedang pelat dan rim makin tipis. Roda dirol sampai mencapai diameter sesuai
dengan ukuran kemudian dipindahkan ke mesin pres lainnya untuk proses
pembentukan akhir.
Gambar 10. Prinsip penempaan rol
Gambar 11. Pembutan roda dengan proses penempaan rol
panas
Dilihat dari jenis cetakannya forging dibagi menjadi
dua yaitu
a. Penempaan
cetakan terbuka adalah proses penempaan yang dilakukan diantara 2 cetakan datar
atau cetakan yang bentuknya sangat sederhana. Penempaan cetakan terbuka
digunakan pada pembentukan awal benda kerja untuk penempaan cetakan tertutup.
b. .Penempaam cetakan
tertutup adalah proses penempaan yang benda kerja dibentuk diantara 2 pasangan
cetakan yang akan menghasilkan bentuk akhir yang diinginkan. Benda kerja
dibentuk dibawah tekanan tinggi dalam suatu rongga tertutup, dan dengan demikian
dapat dihasilkan produk yang mempunyai dimensi yang ketat. Pada tempa cetakan
tertutup, mula-mula billet-billet tempa diatur pinggirannya agar dapat
diletakkan ditempat yang tepat untuk proses penempaan berikutnya.
Ekstrusi
Ekstrusi merupakan proses dengan deformasi atau
perubahan bentuk yang tinggi dan dapat membuat penampang dengan panjang hingga
150 m. Jenis produk ekstrusi : batang, pipa, profil tertentu, patron kuningan,
kabel berselongsong timah hitam. Logam timah hitam dan timah putih, serta aluminium
dapat diekstrusi dalam keadaan dingin, sedang untuk logam lain harus dipanaskan
terlebih dahulu. Kecepatan tekan bergantung pada suhu dan bahan, mulai dari
beberapa meter permenit sampai 275 m/ menit.
Keuntungan dari ekstrusi :
• membuat berbagai jenis bentuk berkekuatan tinggi
• ketepatan ukuran
• penyelesaian permukaan yang baik pada kecepatan
produksi yang tinggi
• harga die yang relatif rendah
Ekstrusi
Langsung
Bilet bulat yang telah dipanaskan, dimasukkan dalam
ruang die, balok dummy dan ram diletakkan pada posisinya. Logam diekstrusi
melalui lubang pada die. Proses ekstrusi ini bisa dilihat pada gambar 12.
Ekstrusi
Tidak Langsung
Hampir sama dengan ekstrusi langsung, namun logam yang
diekstrusi ditekan keluar melalui lubang yang terdapat ditangah ram. Gaya yang
diperlukan lebih rendah karena tidak ada gesekan antara bilet dan dinding
konteiner. Kelemahannya : ram tidak kokoh karena terdapat lubang ditengahnya
dan produk hasil ekstrusi sulit ditopang dengan baik.
Gambar 12. Diagram ekstrusi langsung dan tak langsung.
Ekstrusi
Impak
Pada proses ini slug ditekan sehingga bahan slug
terdorong keatas dan sekelilingnya. Ekstrusi Impak merupakan proses pengerjaan
dingin logam meskipun begitu, pada beberapa jenis logam dan benda kerja, khususnya
dengan dinding yang tebal, slug dipanaskan.
4.5.
PENARIKAN
Bloom panas dipasang pada mesin pres vertikal dan
dibentuk menjadi benda tempa berongga dengan alas tertutup, lalu benda tempa
yang panas kembali dimasukkan dalam pres vertikal dengan die yang semakin
kecil. Pelubang yang digerakkan secara hidrolis menekan silinder yang
dipanaskan. Untuk silinder berdinding tipis atau tabung pemanas dan penarikan
perlu diulang beberapa kali. Untuk ujung pipa tertutup harus dipotong dan dirol
kembali agar ukurannya tepat dan hasilnya baik, sedang ujung pipa terbuka
ditempa kembali agar membentuk leher silinder atau direduksi denga pengelolaan
panas.
Gambar 17. Penarikan silinder berdinding tebal dan
bloom yang dipanaskan.
PEMUTARAN
PANAS
Proses ini dilakukan untuk membentuk pelat bulat yang
tebal, besar, mengecilkan, atau menutup ujung dari pipa. Proses ini menggunakan
sejenis mesin bubut dan diputar dengan cepat. Pembentukan dilakukan dengan
menekan alat yang tumpul pada permukaan benda kerja yang berputar. Logam
mengalami deformasi dan menyesuaikan bentuk dengan mandril. Setelah proses
berjalan gesekan menimbulkan panas yang dapat melunakan logam.
PENEMPAAN
PANAS
Thermo – Forging menggunakan suhu kerja antara
pengerjaan dingin dan panas. Pada penempaan panas logam tidak akan mengalami
perubahan metalurgi dan tidak terdapat cacat-cacat yang biasa ditemui pada suhu
tinggi. Suhu logam, tekanan tempa, dan kecepatan tempa harus diatur dengan
teliti karena logam berada dibawah suhu rekristalisasi. Pada gambar 18 terlihat
gambar penampang suatu kepala sekrup sok. Kelihatan struktur serat yang
kontinyu, menunjukkan kekuatan yang tinggi.
Gambar 18. Kepala sekrup sok dibuat dengan proses
Thermo-Forging.
PENUTUP
Forging atau Penempaan merupakan penekanan pada logam
dengan mempunyai daya tekan yang tinggi sehingga dapat dikatakan penempaan
merupakan proses penumbukan pada benda kerja sehingga membentuk suatu
benda,karena penempaan merupakan proses merapatan bulir atau serat pada bahan
baku maka proses penempaan mempunyai kekuatan unutk ratio berat sehingga sangat
baik untuk digunakan sebagai komponen-komponen mesin.
Pada proses pengecoran juga dapat dikatakan sebagai
penempaan karena pembentukan logam cair tersebut dibentuk dalam cetakan dan
cetakan tersebut mendapatkan tekanan atau tempaan dari luar.
Meskipun penempaan terdapat berbagai masalah dalam
prosesnya akan tetapi dapat diatasi dengan berbagi cara, yakni manaikkan
temperature tempa,dan menaikan tekanan tempa.Produk penempaan memiliki kekuatan
dan ketangguhan yang lebih baik dibanding produk lain.sehingga sangat baik
untuk komponen yang mepunyai tegangan tinggi.Dalam penempaan menggunakan mesin
kualitas penempaan, biaya produksi, dan produktivitasnya tergantung pada
keahlian dari operator mesin tersebut.
Untuk membentuk logam ada 2 cara yang bisa digunakan
yaitu: dengan proses pengerjaan panas dan dingin. Yang dalam penggunaannya
disesuaikan dengan jenis bahan/logam. Dan prosesnya dapat dikelompokkan menjadi
6 yaitu: dengan cara hammer forging, drop forging, press forging, upset
forging, swaging forging, roll forging. Dalam prosesnya dingin dan panas
mempunyai keuntungan dan kerungian masing-masing.
DAFTAR
PUSTAKA
1. Hu, B.H., et al, Journal of Processing and
Fabrication of Advanced Materials VI: squeeze casting of Al-Si-Cu-Fe-Mn-Mg
Alloy, Vol. 1, 1998.
2. Yue, T.M., Chadwick, G.A., Journal of Material
Processing Technology: squeezecasting of light alloys and their composites,
Vol. 58 No. 2 ¬ 3 , 1996.
4. Kalpakjian, Serope, Manufacturing Engi- neering and
Technology, 3 rd edition, New York : Addison Wesley, 1995.
5. Metal Handbook Ninth Edition, Vol. 15, ASM, p. 323
¬ 326, 1993.
6. Mondolfo, L. F. Aluminium Alloys Structure and
Properties, Butterworths & Co. Ltd., London, 1979.
7. Duskiardi, Pengaruh Parameter Proses Terhadap Sifat
Mekanik dan Struktur Mikro Produk Squeeze Casting”, Tesis: Universitas
Indonesia, Jakarta, 2001.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar