PEMBENTUKAN LOGAM (METAL FORMING)

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.

Kelebihannya & Kekurangannya 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

klasifikasi forming menurut keadaan tegangan yang bekerja

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

Variabel Bebas Material permukaan: sifat kimia dan persyaratan sifat dan karakteristik bahan. Dasar pemilihan: kemudahan fabrikasi, dibatasi oleh sifat produk yang diinginkan. Geometri mula dari benda kerja; dipilih dari varitas bentuk yang ada atas pertimbangan ekonomi Geometri perkakas / cetakan; sangat berpengaruh karena system perkakas akan memproduksi dan mengontrol aliran logam

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

Variabel Tak Bebas Gaya/ daya yang diperlukan 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. Exit / final temperature Surface finish (permuakaan akhir) dan kehalusan Sifat aliran bahan

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

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

Pada proses pembentukan Tool keras dan tak mampu bentuk Hanya sekali / satu tahap deformasi Benda 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. 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

Pengaruh tekanan kontak terhadap gesekan Slope (gradien) P Tekanan kontak, P Friksi, F F

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).

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.

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.

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

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.

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

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

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

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

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

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.

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.

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.

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.