PEMBENTUKAN LOGAM (METAL FORMING)

1
PEMBENTUKAN LOGAM (METAL FORMING)
2
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.

3
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

4
klasifikasi forming menurut keadaan tegangan yang
bekerja
5
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

6
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

7

• 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
• Suhu permukaan baik untuk benda kerja dan
  perkakas
• Kecepatan operasi mempengaruhi efektivitas
  pelumas, gaya yang diperluakn untuk operasi,
  waktu tersedia untuk pndah panas
• Jumlah deformasi

8
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

9
Friksi dan Lubrikasi

• Beberapa proses 50 energi input digunakan untuk
  mengatasi gesekan
• Surface finish dan kepresisisan produk
  dipengaruhi oleh friksi

10
Pada gear, bearing, journal dan komponen sejenis,
kondisi friksi melibatkan

• 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

11
Pada proses pembentukan

• Tool keras dan tak mampu bentuk
• Hanya sekali / satu tahap deformasi
• Benda kerja pada suhu yang naik / tinggi

12
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.
• 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

13
Pengaruh tekanan kontak terhadap gesekan
14
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).

15
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.

16
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.

17
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

18

• 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.

19
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

20
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

21
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

22
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

23
Kurva tegangan-regangan pada baja karbon rendah
(kiri) dan baja karbon tinggi (kanan)
24

• 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.

25
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.

26
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.

27
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.