Proses Pembentukan
Logam
Dasar-dasar Pembentukan Logam
Tujuan utama proses manufacturing adalah
membuat komponen dengan mempergunakan material tertentu yang memenuhi
persyaratan bentuk dan ukuran serta struktur yang mampu melayani kondisi
lingkungan tertentu.
Melihat, faktor-faktor di atas maka
faktor membuat suatu bentuk tertentu merupakan faktor utama. Ada beberapa
metoda atau membuat geometri (betuk dan ukuran) dari suatu bahan yang
dikelompokan menjadi empat kelompok dasar proses pembuatan (manufacturing
processes) Yaitu: Pengecoran (Casting), Pemesinan (Machining), Proses
konsolidasi dari beberapa bahan menjadi satu (Consolidating, misalkan : Powder
Metallurgy, Mechanical fastener, Bonding, Welding dsb) dan proses deformasi.
Proses pemesinan atau lebih spesifik
lagi material removal process (proses pembuangan material), memberikan
ketelitian yang sangat tinggi dan fleksibilitas (keuletan) yang besar.
Proses konsolidasi mampu membentuk benda
yang kompleks dari komponen-komponen yang sederhana dan merupakan proses yang
sangat umum dipakai.
Proses deformasi memanfaatkan sifat
beberapa material yaitu kemampuannya mengalir secara plastis pada keadaan padat
tanpa merusak sifat-sifatnya. Dengan manggerakan material secara sederhana ke bentuk
yang di inginkan, maka sedikit atau bahkan tidak ada material yang terbuang
sia-sia.
Dari proses pengecoran, stranda dan
slabs direduksi ukurannya dan diubah kedalam bentuk-bentuk dasar seperti
plates, sheets dan rod. Bentuk-bentuk dasar ini kemudian mengalami proses
deformasi lebih lanjut sehingga diperoleh kawat (wire) dan myriad
(berjenis-jenis) produk akhir yang dihasilkan melalui tempa (forging),
ekstrusi, sheet metal forming dan sebagainya.
Deformasi yang diberikan dapat berupa
aliran curah (bulk flow) dalam 3 dimensi. Geser sederhana , tekuk sederhana dan
gabungan ataupun kombinasi dari beberapa jenis proses tersebut. Tegangan yang
diperlukan untuk mendapatkan deformasi tersebut dapat berupa tarikan (tension),
tekan (compression), geseran (shear) atau kombinasi dari beberapa jenis
tegangan tersebut.
Pengertian deformasi elastis dan
deformasi plastis
Secara makroskopis, deformasi dapat
dilihat sebagai perubahan bentuk dan ukuran. Perubahan bentuk yang terjadi
dapat di bedakan atas deformasi elastis dan deformasi plastis.
Meskipun hakekat proses pembentukan
logam adalah mengusahkan deformasi plastis yang terkontrol, namun dalam
berbagai hal pengaruh deformasi elastis cukup besar sehingga tidak dapat
diabaikan begitu saja. Untuk itu perlu dibahas lebih dahulu pengertian
deformasi elastis dan deformasi plastis.
Perubahan bentuk dapat dipisahkan
menjadi dua, yaitu deformasi elastis dan defomasi plastis. Deformasi elastis
adalah perubahan bentuk yang terjadi bila ada gaya yang berkerja, serta akan hilang
bila beban ditiadakan. Dengan kata lain bila beban ditiadakan, maka benda akan
kembali kebentuk dan ukuran semula. Di lain pihak, defomasi plastis adalah
perubahan bentuk yang permanent, meskipun bebannya di hilangkan. Secara
diagramatis menunjukan pengertian deformasi elastis dan deformasi plastis pada
suatu diagram tegangan-regangan.
Bila suatu material dibebani sampai
daerah plastis, maka perubahan betuk yang saat itu terjadi adalah gabungan
antara deformasi elastis dengan deformasi plastis (penjumlahan ini sering juga
disedut deformasi total). Bila beban-beban ditiadakan, maka deformasi elastis
akan hilang pula, sehinga perubahaan bentuk yang ada hanyalah deformasi plastis
saja.
Klasifikasi berdasarkan temperatur
pengerjaan
Pengaruh temperatur terhadap
proses-proses pembentukan adalah hal mengubah sifat-sifat dan prilaku material.
Secara umum kenaikan temperatur akan mengakibatkan turunnya kekuatan material,
naiknya keuletan dan turunnya laju pengerasan regangan yang mana perubahannya
tersebut mengakibatkan kemudahan material untuk deformasi.
Berdasarkan temperatur material pada
saat deformasi ini, proses pembentuka logam dapat diklasifikasikan menjadi dua
kelompok besar, yaitu:
1. Pengerjaan panas (Hot working)
2. Pengerjaan dingin (Cold working)
Pada awalnya batasan kedua kelompok
tersebut hanyalah didasarkan atas ada atau tidaknya proses pemanasan benda
kerja. Namun bila ditinjau dari segi metalurgis, hal ini tidak sepenuhnya
benar.
Batasan yang berlaku lebih umum adalah
yang didasarkan pada temperatur rekristalisasi logam yang diproses. Hal ini
memang berkaitan dengan ada atau tidaknya proses pelunakan selama proses
berlangsung.
Proses pengerjaan panas
Pengerjaan panas adalah proses
pembentukan logam yang mana proses deformasinya dilakukan dibawah kondisi
temperatur dan laju regangan dimana proses rekritalisasi dan deformasi terjadi
bersamaan.
Proses pengerjaan panas dapat
didefinisikan sebagai proses pembentukan yang dilakukan pada daerah temperatur
rekristalisasi logam yang diproses. (agar lebih singkat daerah tamperatur
diatas temperatur rekristalisasi untuk selanjutnya disebut sebagai daerah
temperatur tinggi). Dalam proses deformasi pada temperatur tinggi terjadi
peritiwa pelunakan yang terus menerus, khususnya akibat terjadinya rekristalisasi.
Akibat yang konkret ialah bahwa logam bersifat lunak pada temperatur tinggi.
Kenyataan inilah yang membawa keuntungan-keuntungan pada proses pengerjaan
panas. Yaitu bahwa deformasi yang diberikan kepada benda kerja dapat relative
besar. Hal ini disebabkan karena sifat lunak dan sifat ulet, sehingga gaya
pembentukan yang dibutuhkan relative kecil, serta benda kerja mampu menerima
perubahaan bentuk yang besar tanpa retak. Karena itulah keuntungan proses
pengerjaan panas biasanya digunakan pada proses-proses pembentukan primer yang
dapat memberikan deformasi yang besar, misalnya: proses pengerolan panas, tempa
dan ekstrusi.
Akibatnya adalah kurva tegangan –
regangan sebenarnya secara garis besar berupa garis mendatar pada regangan
diatas titik luluh. Hal ini merupakan perbadaan yang jelas apabila perbandingan
dengan kurva tegangan – regangan sebenarnya yang naik keatas pada deformasi
dibawah temperatur rekristalisasi. Dengan demikian proses pengerjaan panas
secara drastis mampu mengubah bentuk material tanpa akan timbulnya retak
pembentukan yang berlebihan.
Disamping itu, temperatur tinggi memacu
proses difusi sehingga hal ini dapat menghilangkan ketidak homogenan kimiawi,
pori-pori karena efek pengelasan dapat tertutup atau ukurannya berkurang selama
derformasi berlangsung serta struktur metalurgi dapat diubah sehingga diperoleh
sifat-sifat akhir yang lebih baik. Dilihat dari segi negatif, temperatur tinggi
dapat mengakibatkan reaksi yang tidak dikehendaki antara benda kerja dengan
lingkungannya.
Toleransi menjadi rendah sebagai akibat
adanya penyusutan /pemuaian thermal ataupun akibat pendinginan yang tidak
seragam. Secara metalurgis dapat terjadi sehingga ukuran butir produk akan
bervariasi tergantung pada basar reduksi yang alami, temperatur deformasi yang
terakhir, setelah doformasi dan faktor-faktor lainnya.
Keberhasilan dan kegagalan proses
pengerjaan panas sering sangat tergantung pada keberhasilan mengatur kondisi
termal, karena hampir 90% energi yang diberikan kepada benda kerja akan diubah menjadi
panas maka temperatur benda kerja akan naik jika deformasi berlangsung sangat
cepat. Meskipun demikian, pada umumnya pemanasan benda kerja dipanaskan pada
temperature yang lebih rendah.
Panas banda kerja hilang melalui
permukaan-permukaannya dan panas paling besar melalui permukaan yang
bersentuhan dengan dies yang bertemperatur lebih rendah begitu permukaan benda
kerja menjadi dingin ketidak seragaman temperatur akan terjadi. Adanya aliran
benda kerja yang panas dan lunak pada bagian dalam akan mengakibatkan retakan
pada permukaan benda kerja yang dinging dan getas. Oleh kerena itu temperatur
benda kerja perlu dijaga agar kesseragam mungkin.
Guna mendapatkan toleransi produk yang
lebih baik maka temperatur dies dinaikan dan waktu kontak yang lebih lama
(kecepatan deformasi yang lebih rendah). Namun dengan cara seperti ini juga
akan semakin memperpendek umur dies. Pada saat memproses forming produk yamg
bentuknya rumit, seperti pada hot forging, bagian tipis akan mendingin lebih
cepat dari pada bagian yang tebal sehingga hal ini akan semakin memperumit
perilaku aliran benda kerja. Lebih jauh lagi ketidak seragaman pendinginan
benda karja akan menimbulkan tegangan sisa pada produk akhir hasil proses hot
working
Proses pengerjaan dingin
Proses pengrjaan dingin didefinisikan
sebagai proses pambantukan yang dilakukan pada daerah temperatur dibawah
temperatur rekristalisasi. Dalam praktek memang pada umumnya pangerjaan dingin
dilakukan pada temperatur kamar, atau dengan lain perkataan tanpa pemanasan
benda kerja.
Agar lebih singkat, untuk selanjutnya
daerah temperatur dibawah temperature rekristalisasi disebut saja sebagai
daerah temperatur rendah. Pada kondisi ini pada logam yang diderformasi terjadi
peristiwa pengrasan regangan. Logam akan bersifat makin keras dan makin kuat
tetapi makin getas bila mengalami deformasi. Hal ini menyebabkan relatif kecil
deformasi yang dapat diberikan pada proses pengerjaan dingin. Bila dipaksakan
adanya suatu perubahan bentuk yang besar, maka benda kerja akan retak akibat
sifat getasnya.
Meskipun demikian, proses pengerjaan
dingin tetap menempati kedudukan yang khas, dalam rangkaian proses pengerjaan.
Langakah deformasi yang awal biasanya adalah pada temperature tinggi, misalnya
proses pengerolan panas. Billet ataupun slab di rol panas menjadi bentuk yang
lebih tipis, misalnya pelat. Pada tahapan tersebut deformasi yang dapat
diberikan adalah relatif besar. Namun proses pengerolan panas ini tidak dapat
dilanjukan pada pelat yang relative lebih tipis. Memang mungkin saja suatu
gulungan pelat dipanaskan terlebih dahulu pada tungku sampai temperaturnya
melewati temperatur rekristalisasi. Akan tetapi bila pelat tersebut dirol, maka
temperaturnya akan cepat turun sampai dibawah temperatur rekristalisasi. Hal
ini disebabkan oleh besarnya panas yang berpindah dari pelat ke sekitarnya.
Pelat yang tipis akan lebih cepat mengalami penurunan temperatur dari pada
pelat yang tebal.
Dari uraian tersebut jelaslah behwa
proses deformasi yang dapat dilakukan pada benda kerja yang luas permukaan
spesifiknya besar hanyalah proses pengerjaan dingin. Beberapa contohnya adalah
proses pembuatan pelat tipis dengan pengerolan dingin, proses pembuatan kawat
dengan proses panarikan (wire drawing), serta seluruh proses pembentukan
terhadap pelat (sheet metal forming).
Keunggulan proses pengerjaan dingin
adalah kondisi permukaan benda kerja yang lebih baik dari pada yang diproses
dengan pengerjaan panas. Hal ini disebabkan oleh tidak adanya proses pemanasan
yang dapat menimbulkan kerak pada permukaan.
Keunggulan lainya ialah kekerasa dan
kekuatan logam sebagai akibat pengerjaan dingin. Namun hal ini diikuti pula
oleh suatu kerugian, yaitu makin getasnya logam yang dideformasi dingin.
Sifat-sifat logam dapat diubah dengan
proses perlakuan panas (heat treatment). Perubahan sifat menjadi keras dan
getas akibat deformasi dapat dilunakan dan diuletkan kembali dengan proses anil
(annealing).
Ditinjau dari segi proses pembuatan
(manufacturing), proses pengerjaan dingin mempunyai sejumlah kelebihan yang jelas
sehingga bebagai Jenis proses pengerjaan dingin menjadi sangat penting dalam
kehidupan sehari-hari. Apabila dibandingkan dengan proses pengerjaan panas maka
proses pengerjaan dingin mempunyai beberapa keuntungan, yaitu:
Tidak perlu pemanasan
Permukaan akhir lebih baik
Pengaturan dimensi lebih bisa
terkendali, sehingga walaupun ada sangat sedikit sekali proses pemesinan lanjut
Produk yang dihasilkan mempunyai
reproducibility (mammpu diproduksi kembali dengan kualitas yang sama)
interchangeability (mampu tukar) yang lebih baik
Kekuatan, kekuatan lelah (fatigue
strength) dan ketahanan ausnya lebih baik
Sifat-sifat terarah (directional
properties) dapat dimunculkan
Masalah kotaminasi dapat dikurangi
Adapun kerugianya adalah
Diperlukan gaya yang besar untuk
melakukan deformasi
Perlu peralatan yang berat dan berdaya
besar
Produk menjadi kurang ulet
logam harus bersih dan bebas kerak
Terjadi pengeras regangan (strain
hardening) sehingga perlu poses pelunakan (annealing) antara proses bila
digunakan proses deformasi
Rusaknya directional properties
Timbulnya tegangan sisa
Dari fakta-fakta diatas seperti yang
telah dipaparkan diatas. Terlihat bahwa proses pengerjaan dingin khusus cocok
untuk produksi dalam jumlah yang banyak, dimana kuantitas produk dapat mengimbangi
ongkos peralatan yang mahal.
Cocok tidaknya logam diproses
pambentukan dingin ditentukan olah sifat-sifat tariknya yang mana hal ini
langsung berkaitan dengan struktur metalurginya. Dengan penjelasan yang sama
maka proses pengerjaan dingin akan mengubah sifat material pada produk yang
dihasilkan. Defomasi plastis pada suatu logam hanya dapat terjadi jika batas
elastis logam dilewati.
Proses pengerjaan hangat (Warm Forming)
Proses pengerjaan hangat merupakan
proses pembentukan logam dimana temperatur deformasinya terletak diantara
temparatur proses pengerjaan panas dan pengerjaan dingin. Apabila dibandingkan
dengan proses pengerjaan dingin, proses pengerjaan hangat menawarkan beberapa
keuntungan, yaitu turunya gaya pada perkakas dan peralatan, menaikan keuletan
material serta dapat menurunkan jumlah proses pelunakan (annealing) karena
turunnya efek pengerasan regangan. Proses pengerjaan hangat memperluas
kemungkinan penggunaan proses forming untuk bebagai jenis material dan berbagai
bentuk dan ukuran.
Apabila dibandingkan dengan proses
pengerjaan panas, maka pengerjaan hangat melakukan sedikit lebih energi (enargi
untuk pelumasan benda kerja), metalurgi pembentukan kerak (scaling) dan
dekarburisasi, memberikan ketelitian, pengaturan deminsi dan surface finish
yang lebih baik. Umur pahat menjadi lebih panjang, meskipun gaya pembentukan
25÷60% lebih besar, kejutan thermal dan fatigue termal yang lebih kecil.
Meskipun demikian pengerjaan hangat
masih merupakan bidang yang sedang dan terus berkambang, meskipun ada beberapa
kendala yang menghambat pertumbuhannya, kendala-kendala tersebut antara lain
adalah perilaku material belum ter karakteristik dengan baik pada kondisi
temperatur pengerjaan hangat, pelumasan belum sepenuhnya dikembangkan untuk kondisi
temperatur dan tekanan operasi working dan teknologi perancangan dies untuk
pengerjaan hangat belum begitu mapan. Namun demikian dorongan akan perlunya
penghematan energi dan keuntungan-keuntungan lain yang ditawarkan oleh proses
ini sangat mendorong pengembangan lebih lanjut.
Teknik Pembentukan: Dasar-dasar
Pembentukan Logam
Tujuan utama Proses Manufacturing adalah
untuk membuat komponen dengan mempergunakan material tertentu yang memenuhi
persyaratan bentuk dan ukuran, serta struktur yang mampu melayani kondisi
lingkungan tertentu.
Melihat faktor-faktor diatas maka faktor
membuat suatu bentuk tertentu merupakan faktor utama. Ada beberapa metoda atau
membuat geometri (bentuk dan ukuran) dari suatu bahan yang dikelompokan menjadi
enam kelompok dasar proses pembuatan ( manufacturing proces) yaitu : proses
pengecoran ( casting), proses pemesinan (machining), proses pembentukan logam
(metal forming), proses pengelasan (welding), perlakuan panas (heat treatment),
dan proses perlakuan untuk mengubah sifat karakteristik logam pada bagian
permukaan logam (surface treatment).
1. Proses pengecoran (casting)
Suatu teknik pembuatan produk dimana
logam dicairkan dalam tungku peleburan kemudian dituangkan kedalam rongga
cetakan yang serupa dengan bentuk asli dari produk cor yang akan dibuat.
2. Proses pemesinan (machining)
Proses pemotongan logam disebut sebagai
proses pemesinan adalah proses pembuatan dengan cara membuang material yang
tidak diinginkan pada benda kerja sehingga diperoleh produk akhir dengan
bentuk, ukuran, dan surface finish yang diinginkan.
3. Proses pembentukan logam (metal
forming)
Proses metal forming adalah melakukan
perubahan bentuk pada benda kerja dengan cara memberikan gaya luar sehingga
terjadi deformasi plastis.
4. Proses pengelasan (welding)
Proses penyambungan dua bagian logam
dengan jalan pencairan sebagian dari daerah yang akan disambung. Adanya
pencairan dan pembekuan didaerah tersebut akan menyebabkan terjadinya ikatan
sambungan.
5. Proses perlakuan panas (heat
treatment)
Heat treatment adalah proses untuk
meningkatkan kekuatan material dengan cara perlakuan panas.
6. Surface treatment
Proses surface treatment adalah proses
perlakuan yang diterapkan untuk mengubah sifat karakteristik logam pada bagian permukaan
logam dengan cara proses thermokimia, metal spraying.
Proses pemesinan atau lebih spesifik
lagi proses pembuangan material (material removal proces), memberikan
ketelitian yang sangat tinggi dan fleksibilitas (keluwesan) yang besar. Namun
demikian proses ini cenderung menghasilkan sampah dari proses pembuangan
material tersebut secara sia-sia.
Proses deformasi memanfaatkan sifat
beberapa material ( biasanya logam ) yaitu kemampuannya “mengalir secara
plastis “ pada keadaan padat tanpa merusak sifat-sifatnya. Dengan menggerakkan
material secara sederhana ke bentuk yang kita inginkan ( sebagai lawan dari
membuang bagian yang tidak diperlukan ), maka sedikit atau bahkan tidak ada
material yang terbuang sia-sia.
Namun demikian biasanya gaya yang diperlukan
cukup tinggi. Di samping itu, mesin-mesin dan perkakas yang diperlukan harganya
mahal sehingga jumlah produksi yang besar merupakan alasan pokok untuk
membenarkan pemilihan proses ini.
Kegunaan material logam dalam masyarakat
modern ditentukan oleh mudah tidaknya material tersebut dibentuk (forming)
kedalam bentuk yang bermanfaat. Hampir semua logam mengalami deformasi sampai
pada tingkat tertentu selama proses pembuatannya menjadi produk akhir.
Ingat dalam proses pengecoran, strand
dan slabs direduksi ukurannya dan diubah ke dalam bentuk-bentuk dasar seperti
plates, sheet, dan rod. Bentuk-bentuk dasar ini kemudian mengalami proses
deformasi lebih lanjut sehingga diperoleh kawat (wire) dan myriad ( berjenis –
jenis) produk akhir yang dihasilkan melalui tempa (forging), ekstrusi, sheet
metal forming dan sebagainya.
Deformasi yang diberikan dapat berupa
aliran curah (bulk flow) dalam 3 dimensi, geser sederhana (simple shearing),
tekuk sederhana atau gabungan (simple or compound bending) atau kombinasi dari
beberapa jenis proses tersebut.
Tegangan yang diperlukan untuk
mendapatkan deformasi tersebut dapat berupa tarikan (tension), tekan
(compression), geseran (shear) atau kombinasi dari beberapa jenis tegangan
tersebut. Kecepatan, temperature, toleransi, surface finish.
Kemampuan untuk menghasilkan berbagai
bentuk dari lembaran logam datar dengan laju produksi yang tinggi merupakan
merupakan kemajuan teknologi yang nyata. Peralihan dari proses pembentukan
dengan tangan ke metode produksi besar – besaran menjadi faktor penting dalam
meningkatan standar kehidupan selama periode tersebut.
Pada dasarnya, suatu bentuk dihasilkan
dari bahan lembaran datar dengan cara peregangan dan penyusutan dimensi elemen
volume pada tiga arah utama yang tegak lurus sesamanya. Bentuk yang diperoleh
merupakan hasil penggabungan dari penyusutan dan peregangan lokal elemen volume
tersebut. Usaha telah dilakukan untuk menggolongkan berbagai macam bentuk yang
mungkin pada pembentukan logam menjadi beberapa kelompok tertentu, tergantung
pada kontur produk – produk. Sachs membagi komponen – komponen lembaran logam
menjadi 5 katagori.
1. Komponen lengkungan tunggal.
2. Komponen flens yang diberi kontur-
termasuk komponen dengan flens rentang dan flens susut.
3. Bagian lengkung
4. Komponen ceruk dalam – termasuk
cawan, kotak – kotak dengan dinding tegak atau miring
5. komponen ceruk dangkal – termasuk
bentuk pinggan, galur (beaded), bentuk – bentuk timbul dan bentuk – bentuk
berkerut.
Cara lain untuk menggolongkan proses
pembentukan lembaran logam adalah dengan menggunakan operasi khusus seperti
pelengkungan, pengguntingan, penarikan dalam, perentangan, pelurusan.
Perlu dicatat berbeda dengan proses
deformasi pembentukan benda secara keseluruhan, pembentukan lembaran biasanya
dilakukan dalam bidang lembaran itu sendiri oleh tegangan tarik. Gaya tekan
pada bidang lembaran hendaknya dihindari karena ini akan menyebabkan terjadinya
pelengkungan, pelipatan dan keriput pada lembaran tadi. Pada proses pembentukan
lembaran, susut tebal hendaknya dihindarkan karena dapat terjadi penciutan dan
akan kegagalan mengakibatkan kegagalan dalam proses pembuatan produk.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar