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.
Apabila Anda mempunyai kesulitan dalam pemakaian / penggunaan chemical , atau yang berhubungan dengan chemical, jangan sungkan untuk menghubungi, kami akan memberikan konsultasi kepada Anda mengenai masalah yang berhubungan dengan chemical.
BalasHapusSalam,
(Tommy.k)
WA:081310849918
Email: Tommy.transcal@gmail.com
Management
OUR SERVICE
Boiler Chemical Cleaning
Cooling tower Chemical Cleaning
Chiller Chemical Cleaning
AHU, Condensor Chemical Cleaning
Chemical Maintenance
Waste Water Treatment Plant Industrial & Domestic (WTP/WWTP/STP)
Degreaser & Floor Cleaner Plant
Oli industri
Rust remover