BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Transkripsi

1 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Metalurgi Serbuk Metalurgi serbuk merupakan salah satu teknik produksi dengan menggunakan serbuk sebagai material awal sebelum proses pembentukan. Prinsip ini adalah memadatkan sebuk logam menjadi bentuk yang dinginkan dan kemudian memanaskannya di bawah temperatur leleh. Sehingga partikel-partikel logam memadu karena mekanisme transportasi massa akibat difusi atom antar permukaan partikel. Metode metalurgi serbuk memberikan kontrol yang teliti terhadap komposisi dan penggunaan campuran yang tidak dapat difabrikasi dengan proses lain. Sebagai ukuran ditentukan oleh cetakan dan penyelesaian akhir (finishing touch). Proses metalurgi serbuk adalah merupakan proses pembuatan produk dengan menggunakan bahan dasar dengan bentuk serbuk yang kemudian di sinter yaitu proses konsolidasi serbuk pada temperatur tinggi yang di dalamnya termasuk juga proses penekanan atau kompaksi. Proses metalurgi serbuk memiliki banyak keuntungan antara lain : 1. Efisiensi pemakaian bahan yang sangat tinggi dan hampir mencapai 100% 2. Tingkat terjadinya cacat seperti segregasi dan kontaminasi sangat rendah. 3. Stabilitas dimensi sangat tinggi. 4. Kemudahan dalam proses standarisasi dan otomatisasi. 5. Tidak menimbulkan tekstur pada produk. 6. Besar butir mudah dikendalikan. 7. Mudah dalam pembuatan produk beberapa paduan khusus yang susah didapatkan dengan proses pengecoran (casting). 8. Porositas produk mudah dikontrol. Tugas Akhir Aris Wibowo ( ) 5

2 9. Cocok untuk digunakan pada material dengan kemurnian tinggi. 10. Cocok untuk pembuatan material komposit dengan matriks logam. Proses metalurgi serbuk untuk aplikasi magnetik yang dalam hal ini adalah untuk memproduksi material magnetic lunak (soft magnetic materials) untuk aplikasi arus DC pada peralatan elektronik juga untuk magnet permanent. Dalam beberapa tetapi tidak berarti semua bagian dari aplikasi yang ada diproduksi dengan proses metalurgi serbuk karena metode ini dapat menghasilkan bentuk akhir dengan proses tambahan seperti machining dan grinding minimal pada satu waktu untuk mendapatkan sifat magnet yang diinginkan Pembuatan Serbuk Proses pembuatan serbuk bisa di kategorikan melalui tiga macam cara yaitu : secara fisik, secara kimiawi, dan secara mekanik. Pembuatan serbuk secara fisik dapat diibaratkan sebagai proses atomisasi yaitu proses perusakan arus logam cair yang disemprot dengan bahan pendingin yang dalam hal ini dapat berupa cairan atau gas sehingga logam cair berubah menjadi tetesan padat yang berbentuk butiran. Sedangkan pembuatan serbuk dengan cara kimia melibatkan banyak reaksi dekomposisi kimia terhadap senyawa logam ini juga termasuk reaksi reduksi didalamnya. Pembuatan serbuk secara mekanik secara umum dapat dilakukan pada logam logam yang bersifat getas sehingga mudah dihancurkan dengan diberikan gaya tekan dan dijadikan serbuk. Pembuatan serbuk Pencampuran Pra sintering kompaksi sintering Penekanan ulang Operasi sekunder Produk jadi Gambar 2.1 skema proses metalurgi serbuk Tugas Akhir Aris Wibowo ( ) 6

3 Karakteristik Serbuk Keefektifan dari serbuk logam untuk dikompaksi dan disinter dipengaruhi oleh karakteristik awal dari serbuk itu sendiri. Karakteristik dasar serbuk yang akan mempengaruhi hasil material dalam metalurgi serbuk antara lain [2]: 1. Ukuran dan Distribusi Partikel Serbuk Ukuran partikel merupakan suatu hal yang harus dipertimbangkan untuk menghasilkan sifat produk hasil metalurgi serbuk yang baik. Ukuran partikel dapat dilihat dari dimensi dari partikel serbuk tersebut seperti diameter. Namun kebanyakan partikel tidak dalam bentuk bulat sehingga ukuran partikel sulit untuk dihitung secara kuantitasnamun ukuran partikel tergantung pada teknik pengukuran, parameter tertentu dalam pengukuran, dan bentuk partikel. Ukuran partikel akan mempengaruhi densitas, porositas, sifat mekanis material serbuk hasil kompaksi atau bakalan dimana semakin kecil atau halus ukuran partikel serbuk maka densitas bakalan (green density) akan semakin besar. Pada umumnya, ukuran partikel serbuk yang bulat dapat ditentukan berdasarkan ukuran diameternya namun untuk partikel dengan bentuk tidak beraturan (irregular) sangat sulit menentukan ukuran atau diameternya. Beberapa pengaruh ukuran partikel serbuk terhadap karakteristik serbuk [3], antara lain : 1. Ukuran partikel yang halus sangat diperlukan untuk kompaksi serbuk yang keras atau getas, karena dengan semakin tingginya gesekan antar partikel akan membantu meningkatkan kekuatan adhesi bakalan untuk memudahkan dalam proses penanganan selanjutnya. 2. Serbuk serbuk yang halus mempunyai luas permukaan kontak antar partikel lebih banyak sehingga akan meningkatkan mekanisme ikatan antar partikel secara difusi saat proses sinter, tetapi sangat sulit memperoleh densitas kompaksi yang seragam dengan luas bagian yang besar. 3. Serbuk serbuk yang kasar memiliki kepadatan yang seragam saat kompaksi, tetapi luas permukaan kontak antar partikelmenjadi Tugas Akhir Aris Wibowo ( ) 7

4 kecil dan sinter yang kurang baik akan menyebabkan terjadinya banyak pori setelah dilakukan sinter sehingga menurunkan sifat mekanik produk metalurgi serbuk. Distribusi ukuran partikel serbuk menyatakan distribusi atau sebaran serbuk untuk ukuran tertentu yang bertujuan untuk menampilkan hasil pengukuran kerapatan maksimum suatu partikel. Data ukurannya digunakan untuk melukiskan hasil pengukuran dan asumsi bentuk partikel. Distribusi partikel ukuran serbuk ini sangat menentukan pada kemampuan untuk mengisi ruang kosong antar partikel untuk mencapai volume terpadat yang pada akhirnya akan menentukan porositas, densitas serta kekuatan dari bakalan. 2. Bentuk Partikel dari Proses yang Berbeda Bentuk partikel serbuk akan mempengaruhi seperti pemadatan, mampu alir (flowability), dan mampu tekan dari partikel tersebut (compressibility). Bentuk partikel mempengaruhi besarnya kontak antar partikel sehingga akan menghasilkan gaya gesek yang besar pada permukaan partikel. Bentuk serbuk dapat diklasifikasikan sebagai berikut : a. Acicular : berbentuk jarum b. Angular : berbentuk polyhedral kasar dengan tepi tajam c. Dendritic : berbentuk kristalin dan bercabang d. Fibrous : berbentuk serabut yang beraturan atau tidak beraturan e. Flaky : berbentuk serpihan f. Granular : berbentuk tidak beraturan dan hampir bulat g. Irregular : berbentuk tidak beraturan atau tidak mempunyai simetri h. Nodular : berbentuk bulat dan tidak beraturan i. Spheroidal : berbentuk bulat Tugas Akhir Aris Wibowo ( ) 8

5 Gambar 2.2 Bentuk-bentuk partikel pada serbuk logam [2] Bentuk partikel serbuk akan mempengaruhi luas permukaan serbuk dan gesekan antar partikel serbuk. Hal ini akan mempengaruhi perpindahan serbuk ketika penekanan saat proses kompaksi. Peningkatan luas permukaan partikel akan meningkatkan reaktivitas kimia serbuk sehingga hal ini meningkatkan penyerapan gas dan uap air dari lingkungan dan bisa menyebabkan terbentuk oksida oksida pada permukaan partikel yang mana dapat menggangu proses kompaksi dan sinter. 3. Kompresibilitas Kompresibilitas serbuk merupakan besarnya nilai pemadatan yang didapatkan ketika serbuk dalam berat serbuk tertentu diberi tekanan. Sifat serbuk ini dapat dihitung dengan perbandingan volume serbuk mula mula dengan volume benda yang ditekan dan nilainya berbeda beda tergantung distribusi ukuran serbuk dan bentuk butirnya. Gesekan antar partikel akan lebih rendah bila serbuk yang akan dikompaksi memiliki bentuk yang lebih teratur dan lebih halus sehingga akan menghasilkan densitas bakalan yang lebih tinggi. Tugas Akhir Aris Wibowo ( ) 9

6 4. Mampu Alir (flowability) Adalah besaran yang menggambarkan sifat serbuk ketika dialirkan secara bebas melalui celah. Besarnya tergantung ukuran dan bentuk serbuk. Makin berat serbuk dan makin besar ukuran serbuk,maka mampu alir semakin baik. Merupakan karakteristik yang menggambarkan sifat alir serbuk dan kemampuan memenuhi rongga cetak. Mampu alir dipengaruhi oleh : Bentuk serbuk Berat jenis serbuk Kelembapan serbuk Distribusi ukuran partikel 5. Kemampuan sinter Sinter adalah proses pengikatan partikel melalui proses penekanan dengan cara dipanaskan dua pertiga dari titik lelehnya Proses Pencampuran Serbuk Mixing atau pencampuran merupakan suatu proses mencampur serbuk logam dengan bahan-bahan yang lain (pengikat dan pelumas) untuk medapatkan nominal yang sama atau seragam [4]. Sifat mekanis dari material yang terbuat dari proses metalurgi serbuk sangat sensitif terhadap distribusi partikel dalam suatu bakalan sehingga proses pencampuran merupakan salah proses yang penting dalam metalurgi serbuk. Karakteristik serbuk mempunyai peranan yang penting dalam tercapai hasil campuran yang seragam. Karakteristik serbuk tersebut adalah ukuran, bentuk, dan densitas dari partikel serbuk. Pada umumnya, ukuran partikel serbuk yang seragam akan memudahkan untuk mendapatkan hasil pencampuran yang seragam. Partikel yang besar dari material yang sama maupun yang berbeda akan mempunyai kemungkinan yang tinggi untuk terjadinya segregasi. Sehingga perlu proses sebelum pencampuran untuk menghilangkan partikel yang besar dalam serbuk. Bentuk partikel mempunyai pengaruh pada kemampuan serbuk Tugas Akhir Aris Wibowo ( ) 10

7 untuk dicampur. Salah satu masalah dalam proses pencampuran adalah jika serbuk yang akan dicampur memiliki densitas partikel serbuk yang berbeda sehingga akan sulit untuk mendapatkan hasil campuran yang seragam. Serbuk yang lebih ringan atau densitas lebih kecil akan terakumulasi di atas serbuk yang berat sehingga akan terjadi segregasi. Namun segragasi akibat densitas partikel yang berbeda dapat diminimalisir jika partikel yang halus mempunyai densitas yang lebih besar [4]. Mekanisme dari pencampuran serbuk dibagi menjadi 3 jenis [2] yaitu : a. Difusi : proses pencampuran yang dikarenakan oleh gerak antar partikel yang dihasilkan oleh perputaran drum. b. Konveksi : proses pencampuran yang dikarenakan oleh gerak ulir pada porosnya. c. Geser : proses pencampuran yang dikarenakan oleh media pengaduk (blade). Gambar 2.3. Mekanisme pencampuran [3]. Efesiensi dalam proses pencampuran memiliki hubungan dengan volum serbuk yang dimasukan kedalam media pengaduk dan kecepatan pengadukan. Volume serbuk yang dimasukkan ke dalam media pengaduk untuk mendapatkan efisiensi yang paling baik dalam proses pencampuran yaitu % [2]. Kecepatan berputar pada media pengaduk juga memiliki pengaruh terhadap efisiensi dalam proses pencampuran. Perputaran yang rendah cukup untuk mendapatkan hasil yang baik dan perputaran yang cepat dapat hasil campuran yang baik jika gaya sentrifugal yang terjadi kecil namun tidak boleh terlalu kecil Tugas Akhir Aris Wibowo ( ) 11

8 sehingga tidak menyebabkan gaya turbulence. Gaya sentrifugal pada proses pencampuran akan mengakibatkan aliran serbuk akan berlawanan arah dengan arah putaran [4]. Hasil pencampuran yang teratur merupakan suatu bentuk keberhasilan dalam suatu proses pencampuran serbuk karena akan menghasilkan sifat mekanis dan sifat fisis yang baik pada bakalan. Namun untuk mendapatkan hasil pencampuran yang baik sangat sulit karena karakteristik serbuk yang berbedabeda. Segregasi merupakan hasil pencampuran yang paling tidak diinginkan dalam proses pencampuran kerena tidak terjadi interaksi antar partikel serbuk yang berbeda dan akan menghasilkan sifat fisis dan mekanis yang buruk pada bakalan. Hasil dari pencampuran dapat seperti gambar berikut ini : Gambar 2.4. Hasil pencampuran, (a) distribusi acak, (b)segregasi [4] Proses Penekanan atau Kompaksi Kompaksi merupakan proses pemberian suatu gaya luar berupa tekanan untuk mendeformasi serbuk menjadi benda yang mempunyai bentuk dan ukuran tertentu yang mempunyai densitas yang lebih tinggi. Proses kompaksi akan mengakibatkan pengaturan partikel, deformasi partikel, dan terbentuknya ikatan antar partikel. Kompaksi dapat dilakukan melalui kompaksi dingin (cold compacting) maupun kompaksi panas (hot pressing) baik dengan proses penekanan satu arah (single end compaction) maupun penekanan dua arah (double end punch). Proses kompaksi dingin merupakan proses kompaksi yang dilakukan dengan temperature ruang sedangkan proses hot pressing merupakan suatu proses kompaksi yang dilakukan pada temperatur yang relative tinggi. Pada penekanan satu arah, penekanan (punch) bagian atas bergerak kebawah, sedangkan pada penekanan dua arah menggunakan dua buah penekan, yaitu penekan atas dan penekan bawah Tugas Akhir Aris Wibowo ( ) 12

9 bergerak secara bersamaandengan arah yang berlawanan. Penekanan dengan dua arah memiliki keunggulan berupa hasil densitas bakalan yang seragam. Serbuk Serbuk (a) Gambar 2.5. Penekanan satu arah (a) dan penekanan dua arah (b). (b) Dalam proses kompaksi, serbuk akan mengalami proses pengaturan partikel, deformasi plastis, dan mechanical interlocking (saling mengunci). Ketika diberikan pemberian tekanan awal, respon pertama yang terjadi pada proses kompaksi adalah pengaturan (rearrangement). Dalam proses ini tidak terjadi proses deformasi partikel namun hanya penyesuaian letak dari serbuk. Dalam proses pengaturan terjadi pergerakan partikel karena terjadi penekanan yang rendah oleh partikel yang mempunyai densitas yang lebih besar hingga tercapai koordinasi yang terpadat. Pada saat pemberian tekanan yang tinggi maka akan terjadi peningkatan densitas yang disebabkan oleh perbesaran kontak antar partikel sehingga akan terjadi deformasi plastis pada partikel tersebut. Beban yang diberikan juga menyebabkan tekanan terlokalisasi pada kontak antar partikel sehingga terjadi strain hardening. Adanya kontak antar partikel akan menghasilkan zona antarpartikel yang terlihat berbentuk flat. Selama proses deformasi, akan terjadi las dingin (cold welding) pada antarpartikel yang akan menghasilkan peningkatan kekuatan dalam proses kompaksi. Ikatan las dingin yang merupakan ikatan antara dua permukaan butiran logam yang bersih yang ditimbulkan oleh gaya kohesi tanpa adanya peleburan atau pengaruh panas. Ketika pemberian beban yang lebih tinggi lagi maka besar deformasi plastis yang terjadi pada setiap partikel meningkat dan efek strain hardening pada setiap partikel meningkat sehingga menyebabkan jumlah porositas menurun [2]. Tugas Akhir Aris Wibowo ( ) 13

10 Gambar 2.6. Fenomena serbuk ketika peningkatan tekanan kompaksi [2]. Kekuatan setelah proses kompaksi dan sebelum proses sinter disebut kekuatan bakalan (green strength). Kekuatan hasil kompaksi ini tergantung dari ikatan antarpartikel yang terjadi akibat deformasi plastis antar partikel sehingga akan menghasilkan lapisan antarmuka yang padat Kekuatan bakalan umumnya dapat ditingkatkan dengan cara yaitu sebagai berikut [3] : 1. Menggunakan serbuk yang halus. 2. Menggunakan serbuk dengan bentuk partikel yang tidak beraturan dan permukaan yang kasar. 3. Meningkatkan tekanan kompaksi. 4. Mengurangi kontaminasi permukaan partikel. 5. Mengurangi jumlah pelumas atau zat aditif pada serbuk Sintering Sintering adalah salah satu tahapan metodologi yang sangat penting dalam ilmu bahan. Selama sintering terdapat dua fenomena utama yaitu : pertama adalah penyusutan (shrinkage) yaitu proses eliminasi porositas dan yang kedua adalah pertumbuhan butiran. Fenomena yang pertama dominan selama pemadatan belum mencapai kejenuhan, sedang kedua akan dominan setelah pemadatan mencapai kejenuhan. Parameter sintering diantaranya adalah : temperatur, waktu penahanan, kecepatan pendinginan, kecepatan pemanasan dan atmosfir. Sintering biasanya digunakan pada sampel pada temperatur tinggi. Dalam terminologi teknik istilah Tugas Akhir Aris Wibowo ( ) 14

11 sintering digunakan untuk menyatakan fenomena yang terjadi pada produk bahan, padat dibuat dari bubuk, baik logam / non logam. Sebuah kumpulan partikel dengan ukuran yang tepat (biasanya diameter beberapa mikro atau lebih kecil) dipanaskan sampai suhu antara ½ dan ¾ titik leleh, ini dalam orde menit selama perlakuan ini partikel-partikel tergabung bersama-sama. Dari segi cairan, sintering dapat menjadi dua yaitu : sintering fasa padat dan sintering fasa cair. Sintering dengan fasa padat adalah sintering yang dilaksanakan pada suatu temperatur yang telah ditentukan, dimana dalam bahan semuanya tetap dalam fasa padat. Proses penghilagan porositas dilakukan melalui transport massa. Jika dua partikel digabung dan dipanaskan pada suhu tertentu, dua partikel ini akan berikatan bersama-sama dan akan membentuk neck. Pertumbuhan disebabkan oleh transport yang meliputi evaporasi, kondensasi, difusi. R: radius partikel, r: neck radius, ρ: neck profile radius Gambar 2.7. skema proses sintering serbuk logam (a). solid state (b). liquid phase material Setelah dilakukan proses sintering terhadap sample yang sebelumnya telah dilakukan proses kompaksi maka ikatan antar serbuk akan semakin kuat. Meningkatnya ikatan setelah proses sintering ini disebabkan timbulnya liquid bridge (necking) sehingga porositas berkurang dan bahan menjadi lebih kompak. Dalam hal ini ukuran serbuk juga berpengaruh terhadap kompaktibilitas bahan, Tugas Akhir Aris Wibowo ( ) 15

12 semakin kecil ukuran serbuk maka porositas kecil dan luas kontak permukaan antar butir semakin luas. 2.2 Press Tool Press Tool adalah peralatan yang mempunyai prinsip kerja penekanan dengan melakukan pemotongan pembentukkan atau gabungan dari keduanya. Peralatan ini digunakan untuk membuat produk secara massal dengan produk output yang sama dalam waktu yang relatif singkat [5] Klasifikasi Press Tool Press Tool dapat dklasifikasikan menjadi beberapa macam menurut proses pengerjaan yang dilakukan pada die yaitu: simple tool, compound tool dan progressive tool [5]. A. Simple Tool Simple Tool adalah jenis dari press tool yang paling sederhana, dimana hanya terjadi satu proses pengerjaan dan satu station dalam satu alat. Pemakaian jenis simple tool ini mempunyai keuntungan dan kerugian. Keuntungan simple tool: Dapat melakukan proses pengerjaan tertentu dalam waktu yang singkat. Kontruksinya relatif sederhana. Harga alat relatif murah. Kerugian simple tool: Hanya mampu melakukan proses-proses pengerjaan untuk produk yang sederhana sehingga untuk jenis pengerjaan yang rumit tidak dapat dilakukan oleh jenis press tool ini. Proses pengerjaan yang dapat dilakukan hanya satu jenis saja. Tugas Akhir Aris Wibowo ( ) 16

13 Gambar 2.8 Simple Tool B. Compound Tool Pada press tool jenis ini, dalam satu penekanan pada satu station terdapat lebih dari satu pengerjaan, dimana proses pengerjaannya dilakukan secara serentak. Pemakaian jenis compound tool ini juga mempunyai keuntungan dan kerugian. Keuntungan compound tool Dapat melakukan beberapa proses pengerjaan dalam waktu yang bersamaan pada station yang sama. Kerataan dan kepresisian dapat dicapai. Hasil produksi yang dicapai mempunyai ukuran yang lebih teliti. Kerugian compound tool: Konstruksi dies menjadi lebih rumit. Terlalu sulit untuk mengerjakan material yang tebal. Dengan beberapa proses pengerjaan dalam satu station menyebabkan perkakas cepat rusak. Tugas Akhir Aris Wibowo ( ) 17

14 Gambar 2.9 Compound Tool C. Progressive Tool Progressive Tool merupakan peralatan tekan yang menggabungkan sejumlah operasi pemotongan atau pembentukkan lembaran logam pada dua atau lebih station kerja, selama setiap langkah kerja membentuk suatu produk jadi. Keuntungan progressive tool : Dapat diperoleh waktu pengerjaan produksi yang relatif singkat dibandingkan simple tool. Pergerakkan menjadi lebih efektif. Dapat melakukan pemotongan bentuk yang rumit pada langkah yang berbeda. Kerugian progressive tool: Ukuran alat lebih besar bila dibandingkan simple tool dan compound tool. Biaya perawatan besar. Harga relatif lebih mahal karena bentuknya rumit. Tugas Akhir Aris Wibowo ( ) 18

15 Gambar 2.10 Progressive Tool Jenis - jenis Pengerjaan Pada Press Tool Berdasarkan proses pengerjaannya, press tool dibedakan menjadi dua kelompok besar, yaitu [5] : Cutting Tool Yaitu suatu proses pengerjaan yang dilakukan dengan cara menghilangkan sebagian material atau pemotongan menjadi bentuk yang sesuai dengan keinginan. Adapun proses yang tergolong dalam cutting tool ini adalah sebagai berikut: a. Pierching Pierching adalah proses pemotongan material oleh punch dengan prinsip kerjanya sama dengan proses blanking, namun seluruh sisi potong punch melakukan proses pemotongan. Pada alat ini proses pierching adalah punch untuk membuat lubang. Gambar 2.11 Proses Pierching Tugas Akhir Aris Wibowo ( ) 19

16 b. Blanking Merupakan proses pengerjaan material dengan tujuan mengambil hasil produksi yang sesuai dengan punch yang digunakan untuk menembus atau dengan sistem langkah penekanan. Pada umumnya proses ini dilakukan untuk membuat benda kerja dengan cepat dan berjumlah banyak dengan biaya murah. Gambar 2.12 Proses Blanking c. Notching Notching adalah proses pemotongan oleh punch, dengan minimal dua sisi yang terpotong, namun tidak seluruh sisi punch melakukan pemotongan. Tujuan dalam pemotongan ini adalah untuk menghilangkan sebagian material pada tempat-tempat tertentu yang diinginkan. Gambar 2.13 Proses Notching d. Parting Parting adalah proses pemotongan untuk memisahkan blank melalui satu garis potong atau dua garis potong antara komponen yang satu dengan Tugas Akhir Aris Wibowo ( ) 20

17 komponen yang lain. Biasanya proses ini digunakan pada pengerjaan bentukbentuk blank yang tidak rumit atau bentuk material yang sederhana. Gambar 2.14 Proses Parting e. Shaving Shaving merupakan proses pemotongan material dengan sistem mencukur, dengan maksud untuk menghaluskan permukaan hasil proses Blanking atau Pierching guna mendapatkan ukuran teliti dari hasil pemotongan yang dilakukan terlebih dahulu. P unch Scrap D ie Gambar 2.15 Proses Shaving f. Trimming Trimming adalah merupakan proses pemotongaan material sisa, guna mendapatkan Fininshing ini digunakan untuk memotong sisa penarikan dalam maupun benda hasil penuangan. Tugas Akhir Aris Wibowo ( ) 21

18 Excessive Material Trimmed Gambar 2.16 Proses Trimming g. Cropping Cropping adalah merupakan proses pemotongan material atau benda kerja tanpa meninggalkan sisa. Proses yang terjadi pada Cropping ini sama dengan proses yang terjadi pada Blanking, akan tetapi dalam Cropping tidak ada bagian yang tertinggal. Benda kerja akan terpotong dan cenderung sudah mempunyai ukuran lebar yang sama dengan ukuran yang diminta serta mempunyai panjang material sesuai dengan jumlah komponen yang diminta. Proses Cropping ini digunakan untuk membuat komponen Blanking berbentuk sederhana, tidak rumit dan teratur. C ropped Part Scrap Stock Strip Gambar 2.17 Proses Cropping h. Lanzing Lanzing adalah merupakan proses pengerjaan gabungan antara penekukan (bending) dan pemotongan (cutting). Hasil proses ini berupa suatu tonjolan. Tugas Akhir Aris Wibowo ( ) 22

19 Sedangkan Punch yang digunakan sedemikian rupa, sehingga Punch dapat memotong pelat pada dua sisi sampai tiga sisi serta pembengkokannya pada sisi Punch yang keempat. (Press Tool 1). Gambar 2.18 Proses Lanzing Forming Tool Yaitu proses pengerjaan material yang dilakukan tanpa pengurangan atau penghilangan, akan tetapi hanya mengubah bentuk geometris benda kerja. Yang tergolong dalam forming tool adalah bending, flanging, deep drawing, curling dan embossing [5]. a. Bending Proses bending merupakan proses pembengkokkan material sesuai dengan yang dikehendaki. Proses pembendingan dapat dilakukan pada proses dingin ataupun pada proses panas. Perubahan yang terjadi pada proses ini hanya bentuknya saja namun volume material yang dibendingkan akan tetap.(press Tool 1) Gambar 2.19 Proses Bending b. Flanging Flanging adalah proses yang menyerupai proses bending hanya perbedaanya terletak pada garis bengkok yaitu bukan merupakan garis lurus namun merupakan radius. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar berikut: Tugas Akhir Aris Wibowo ( ) 23

20 Gambar 2.20 Proses Flanging c. Deep Drawing Deep Drawing merupakan proses penekanan benda yang diinginkan dengan kedalaman cetakan sampai batas deformasi plastis. Tujuannya adalah untuk memperoleh bentuk tertentu dan biasanya tebal material akan berubah setelah proses ini. (Press Tool 1). Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar berikut: Gambar 2.21 Proses Deep Drawing d. Curling Merupakan pembentukkan profil yang dilakukan pada salah satu ujung material. e. Embossing Gambar 2.22 Curling Tugas Akhir Aris Wibowo ( ) 24

21 Embossing merupakan proses pembentukkan contour material pada salah satu sisi material tersebut. Gambar 2.23 Embossing Prinsip Kerja Alat Press Tool atau Perkakas Tekan atau suatu alat yang digunakan untuk memotong logam dengan cara penekanan. Secara operasional Press Tool ini dapat bekerja sebagai alat potong atau pun sebagai alat pembentuk plat atau lembaran yang dikehendaki. Press Tool berfungsi memproduksi ratusan atau bahkan ribuan dari komponen yang sama dalam waktu yang relatif singkat [5] Bagian-Bagian Dari Press Tool Press tool merupakan satu kesatuan dari beberapa komponen. Komponen - komponen tersebut antara lain [5] : a. Tangkai Pemegang (Shank) Tangkai pemegang merupakan suatu komponen alat bantu produksi yang berfungsi sebagai penghubung alat mesin penekan dengan pelat atas (tool design 2, hal 16 ). Shank biasanya terletak pada titik berat yang dihitung berdasarkan penyebaran gaya-gaya potong dan gaya-gaya pembentukkan dengan tujuan untuk menghindari tekanan yang tidak merata pada pelat atas. b. Pelat Atas (Top Plate) Gambar 2.24 Shank Merupakan tempat dudukan dari shank dan guide bush (sarung pengarah). Tugas Akhir Aris Wibowo ( ) 25

22 Gambar 2.25 Pelat Atas c. Pelat Bawah (Bottom Plate) Pelat bawah merupakan dudukan dari dies dan tiang pengarah sehingga mampu menahan gaya bending akibat dari reaksi yang di timbulkan oleh punch. Gambar 2.26 Pelat Bawah d. Pelat Penetrasi Pelat penetrasi berfungsi untuk menahan tekanan balik saat operasi berlangsung serta untuk menghindari cacat pada pelat atas, oleh karena itu pelat ini harus lebih lunak dari pelat atas. Gambar 2.27 Pelat Penetrasi e. Pelat Pemegang Punch (Punch Holder Plate) Pelat pemegang punch berfungsi untuk memegang punch agar posisi punch kokoh dan mantap pada tempatnya. Tugas Akhir Aris Wibowo ( ) 26

23 Gambar 2.28 Punch Holder f. Punch Punch berfungsi untuk memotong dan membentuk material menjadi produk jadi. Bentuk dari benda jadi tergantung dari bentuk punch yang dibuat. Bentuk punch dan dies haruslah sama. Punch haruslah dibuat dari bahan yang mampu menahan gaya yang besar sehingga tidak mudah patah dan rusak. Pada perencanaan alat bantu produksi ini untuk punch dipilih bahan baja yang dikeraskan pada suhu C lalu di Tempering pada suhu100 C agar diperoleh sifat yang keras tetapi masih memiliki kekenyalan. Gambar 2.29 Punch g. Tiang Pengarah (Guide Pillar) Tiang pengarah berfungsi mengarahkan unit atas, sehingga punch berada tepat pada dies ketika dilakukan penekanan. Gambar 2.30 Pillar Tugas Akhir Aris Wibowo ( ) 27

24 h. Dies Terikat pada pelat bawah dan berfungsi sebagai pemotong dan sekaligus sebagai pembentuk. Gambar 2.31 Dies i. Pelat Stripper Pelat stripper adalah bagian yang bergerak bebas naik turun beserta pegas yang terpasang pada baut pemegangnya. Pelat ini berfungsi sebagai pelat penjepit material pada saat proses berlangsung, sehingga dapat menghindari terjadinya cacat pembentukkan permukaan benda kerja seperti kerut dan lipatan, juga sebagai pengarah punch. Gambar 2.32 Pelat Stripper j. Pegas Stripper Pegas stripper berfungsi untuk menjaga kedudukan striper, mengembalikan posisi punch ke posisi awal, dan memberikan gaya tekan pada strip agar dapat mantap (tidak bergeser) pada saat dikenai gaya potong dan gaya pembentukan. Gambar 2.33 Pegas Stripper Tugas Akhir Aris Wibowo ( ) 28

25 k. Baut Pengikat Baut pengikat berfungsi untuk mengikat dies kepelat bawah dan pelat pemegang punch kepelat atas. Baut pengikat dipilih standard baut pengikat dan ketebalan dies. Gambar 2.34 Baut Pengikat l. Pin Penepat Pin penepat berfungsi untuk menepatkan dies pada pelat bawah dan pelat pemegang punch(punch holder) ke pelat atas, sehingga posisi dies kepelat bawah dan posisi pelat pemegang punch kepelat atas dapat tearah dan kokoh. Gambar 2.35 Pin Penepat m. Sarung Pengarah (Bush) Sarung pengarah berfungsi untuk mengarahkan tiang pengarah dan mencegah cacat pada pelat atas. Pada perencanaan alat bantu produksi ini untuk sarung pengarah dipilih bahan kuningan. Gambar 2.36 Bush Tugas Akhir Aris Wibowo ( ) 29

26 2.3 Teori Manufaktur Ilmu Teknik Manufaktur (Manufacturing Processes) adalah suatu ilmu yang mempelajari tentang tata cara atau metode memotong logam agar sesuai dengan bentuk yang di inginkan untuk kemudian produk nya disebut part atau component pemesinan. Prinsip dan proses memotong logam yang baik, harus dipahami agar diperoleh hasil akhir yang baik, tidak saja dari segi teknis, tapi juga dari segi ekonomis. Proses-proses pemotongan logam yang dimaksud antara lain adalah berupa: - Mem-bubut - Mem-bor - Mem-freis - Me-nyerut - dll. Semua mesin/peralatan yang digunakan untuk memotong logam, dapat dikelompokkan menjadi Mesin Perkakas. Secara umum, semua komponen (benda kerja) yang di-produksi oleh mesin perkakas akan meninggalkan/menghasilkan serpihan-serpihan logam, yang disebut: geram atau chip [6]. Pemilihan jenis mesin perkakas, penentuan kecepatan potong dan hantaran (feed) harus dilakukan dengan cermat dan benar. Karena memang makin cepat mesin dioperasikan, akan makin tinggi efisiensi operator dan mesin, tetapi kerugiannya adalah memperpendek umur (life time) perkakas pemotongnya Dasar dasar pemotongan logam Untuk pengerjaan pemotongan logam dengan menggunakan mesin perkakas, maka akan terdapat gerakan-gerakan yang memungkinkan benda kerja itu terpotong. Secara garis besar, gerakan-gerakan tersebut dapat di kelompok kan kedalam 2 (dua) golongan besar, yakni [6] : a. Gerak utama (Primary cutting motion), dimana gerakan ini merupakan kecepatan yang paling besar/tinggi dibandingkan dengan gerakan-gerakan lain nya. b. Gerak potong (Cutting/Feed motion), dimana gerakan ini selalu lebih kecil dibandingkan dengan gerak utama. Tugas Akhir Aris Wibowo ( ) 30

27 c. Untuk dapat membedakan dengan spesifik dan jelas ke-2 gerakan tersebut pada mesin-mesin perkakas, maka dibawah ini akan ditinjau satu per satu mesin-mesin tersebut Mesin Bubut (Turning machine) Gambar 2.37 Gerak potong mesin bubut Mesin bubut pada prinsip nya mencakup segala mesin perkakas yang dimaksudkan untuk menghasilkan benda kerja berbentuk silindris Walaupun demikian mesin ini, dapat juga digunakan untuk kepentingan lain, misal nya untuk membuat permukaan rata, konis, dll. Pada mesin jenis ini, maka primary motion atau garak utamanya dilakukan oleh mesin nya sendiri ber sama-sama dengan benda kerja yang di ikat kan pada nya. Sedangkan gerak potong (simbol: C ) dilakukan oleh alat potong nya (mata pahat) yang bergerak translasi di sepanjang sumbu dari benda kerja nya. Perlu juga diketahui, bahwa arah pemotongan dari mesin bubut ini, bisa sepanjang sumbu benda kerja, namun bisa juga arah radial menuju pusat sumbu benda kerja (center) nya [6]. s Seperti telah disinggung diatas, bahwa operasi pembubutan adalah beraneka ragam, mencakup membubut, pemboran, pengerjaan tepi, penguliran dan pembubutan tirus. Berikut ini akan diuraikan secara ringkas beberapa jenis operasi yang dapat dilakukan mesin bubut [6] : Tugas Akhir Aris Wibowo ( ) 31

28 a). Pembubutan Silindris. Cara yang paling umum untuk menyangga /menopang benda kerja, khususnya benda kerja yang berputar adalah dengan menempatkan penopang (support) di antara ke-2 center nya. Keuntungan nya adalah dapat dan mampu menahan pemotongan berat serta sangat sesuai untuk benda kerja yang panjang. Karena di support di antara ke-2 ujungnya, maka selalu akan berputar seragam dengan spindelnya, kecuali dikehendaki lain, maka diperlukan penyetelan yang lain. Center kepala tetap (head stock) berputar ber sama-sama dengan benda kerja, sehingga tidak ada gesekan, tidak timbul panas, tidak diperlukan pelumasan/pendinginan. b). Pengerjaan Tepi (facing) Bila sebuah permukaan akan di potong menggunakan mesin bubut, maka operasi nya disebut pengerjaan tepi. Benda kerja, biasa nya dipegang pada plat muka atau di dalam pencekam, tetapi dalam beberapa kasus, pengerjaan tepi juga dilakukan dengan benda kerja berada di antara kedua pusat mesin nya. Pemotongan dilakukan secara tegak lurus terhadap sumbu putaran, maka kereta luncur nya harus di kunci dengan benar pada bangku pembubut untuk mencegah timbulnya gerakan arah aksial. c). Pembubutan Tirus Ada banyak suku cadang (part & component) mempunyai permukaan yang tirus, ketirusan nya pun bervariasi, misalnya tirus curam (roda payung), tirus landai yang terdapat pada mandril pembubut. Contoh - contoh dari pengerjaan tirus adalah: tangkai dari gurdi ulir, ujung frais, pembesar lubang (reamer), arbor dan perkakas-perkakas lain nya. d). Membubut Ulir Meskipun dimungkinkan untuk membubut atau memotong ulir dalam segala bentuk, namun mesin bubut biasnya dipilih kalau hanya sedikit ulir yang akan dibuat atau apabila di ingin kan bentuk ulir khusus. Biasanya hampir pada setiap mesin bubut telah tersedia mekanisme pembubutan ulir dan instruksi tersebut sudah juga disertakan pada panel mesin Tugas Akhir Aris Wibowo ( ) 32

29 bubut nya. Sehingga hanya dengan memilih dan menarik tuas yang di inginkan, maka mesin akan bekeja untuk membuat ulir sesuai dengan yang di harapkan. Metode lain untuk mendapatkan bentuk ulir adalah dengan menggrinda pahat menjadi bentuk yang sesuai dengan bentuk ulir yangdiharapkan. Misalnya akan membuat ulir dengan bentuk V, maka biasanya dapat dilakukan dengan 2 (dua) metode hantaran pahat. Yang pertama, pahat dapat dihantarkan lurus ke dalam benda kerja dan ulir dibentuk dengan melakukan sederetan pemotongan ringan. Aksi pemotongan nya terjadi pada kedua sisi pahat yang digunakan. Yang kedua, yaitu dengan menghantarkan pahat masuk dengan sudut tertentu. Umumnya pahat nya diberi hantaran positif sepanjang benda kerja, dimana kecepatan putaran mesin disesuaikan untuk memotong sejumlah ulir yang di inginkan. Hal ini dapat dicapai dengan sederetan roda gigi yang terdapat/terletak dibagian ujung mesin bubut, menggerakkan ulir pengarah yang dihubungkan dengan spindel headstock pada kecepatan yang di inginkan. Setelah mesin bubut disetel, sebuah ulir hantaran menyilang disetel pada suatu tanda di micrometer dial dan diambil suatu pemotongan yang ringan untuk memeriksa jarak bagi dari ulir. Pada akhir dari setiap pemotongan yang ber urutan, pahat dikeluarkan dari ulir dengan cara memutar ke belakang ulir hantaran menyilang nya. Hal ini diperlukan karena setiap pemutaran balik dalam ulir pengarah, akan dapat mencegah pengembalian pahat dalam pemotongan sebelum nya. Pahat kemudian dikembalikan ke kedudukan selanjutnya untuk mebuat ulir berikut, demikian seterus nya Mesin Bor Gambar 2.38 Gerak potong mesin bor Tugas Akhir Aris Wibowo ( ) 33

30 Mesin bor berguna untuk membuat lubang yang berbentuk silinder dari bahan padat,memperbesar lubang yang telah ada, membuat ulir sekrup bagian dalam (tap). Untuk membuat ulir dalam pada mesin bor arah putaran harus dapat dikembalikan. Untuk tujuan itu beberapa mesin bor arah putarannya dapat dapat dibalikkan. Menurut konstuksinya mesin bor dapat dibedakan menjadi : Mesin bor tiang dan radial yang mempunyai arah gerak radial. Mesin bor mendatar dan silinder dengan arah gerak mendatar. Mesin bor mempunyai mekanik sumbu putar untuk memutar sumbu gerak. Mekanik penggerak ini dibuat sedemiian rupa sehinga jumlah putaran paki gerak dapat diatur dalam suatu batas yang tertentu. Ukuran konstruksi suatu mesin bor diukur dari jarak tiang sampai paksi gesek, diameter gerek yang dapat dibor. Mesin bor tiang mempunyai arah gerak tegak lurus, gerak asut paksi gerak mesin semacam ini memberikan kemungkinan kepada paksi gerak untuk bergesertegak lurus. Gerak paksi selalu bekerja kebawah sebagai gaya tegak lurus dan mempunyai pengaruh pada asutan atau pengisian bor yang sedang bekerja. Mesin bor radikal paksi gererknya dipasang dengan mekanik penjalan yang dinamakan eretan gerak. Eretan gerak ini dapat digeserkan melalui balok mendatar dinamakan lengan gerak pada mesin bor ini bidang atas pelat dasarnya adalah dikerjakan halus dan dibubuhi beberapa alur berbentuk tegak lurus. Seorang teknisi bengkel sedapat mungkin akan menggunakan mesin bor sangat bervariasi. Mesin bor yang banyak digunakan adalah sebagai berikut : - mesin bor tangan - mesin bor tangan listrik - mesin bor dada Macam macam mata bor : Bor spiral dikelompoikkan pada beberapa pertimbangan sebagai berikut : - diameter bor dari 0,31 sampai kandungan baja pada mata bor dari baja karbon atau baja hss - tipe dari tangkai pemegang paralel atau tirus - panjang bor Tugas Akhir Aris Wibowo ( ) 34

31 Bor spiral dibuat dengan spiral yang macam macam dan selalu spiral yang mendatar yang selalu diasumsikan. Spiral pelan digunakan untuk kuningan, perunggu meriam, fosfor dan plastik, sedangkan spiral cepat digunakan untuk tembaga, aluminium dan logam logam lunak. Kecepatan pengeboran untuk menghasilkan pekerjaan yang baik tanpa merusak mata bor diperlukan kecepatan bor yang benar yang sesuai dengan bahan yang sedang dibor dan tipe dari mata bor. Kecepatan potong yang cocok untuk jenis logam selalu dinyatakan dalam meter atau feet per menit dan ini harus dihubungkan dengan keliling bor itu sendiri. Untuk memelihara agar kecepatan sayat tetap konstan untuk ukuran bor yang berbeda harus disesuaikan bahwa putaran / menit akan naik bila ukuran bor mengecil dan sebaliknya MESIN GERINDA Mesin gerinda adalah mesin asah yang digunakan untuk menajamkan semua mata pahat yang telah mengalami keausan seperti mata pahat yang telah mengalami keausan seperti mata pahat bubut, sekrap, frais,bor, dan lain lain. Tipe-tipe mesin gerinda sangat banyak, namun secara umum gerak utamanya dilakukan oleh batu gerinda (grinding wheel) nya. Sedangkan gerak potong dilakukan oleh benda kerja dengan cara tertentu yang tergantung dari tipe mesin nya, misal: a. Untuk external cylindrical grinding machine, maka gerak potong nya terjadi akibat gerak putar dan gerak lurus dari benda kerja. b. Untuk internal cylindrical grinding machine, maka gerak potong nya terjadi akibat dari gerak lurus dari benda kerja nya. c. Untuk surface grinding, maka gerak longitudinal dan gerak bolak-balik disebabkan oleh benda kerja nya Tugas Akhir Aris Wibowo ( ) 35

32 Kecepatan potong dan hantaran (feed) Kecepatan potong Per defenisi, kecepatan potong dinyatakan dalam satuan m menit Didalam pengertian mesin bubut, kecepatan potong adalah kecepatan permukaan atau kecepatan benda kerja melintasi permukaan alat potong (pahat). Walaupun keceptan potong; Vc biasanya sudah tertera di text book, namun ada baiknya lebih diperjelas lagi cara menghitungnya, yakni [6] : π. D. n Vc = Vc π D m menit atau n = [ rpm] dengan D = diameter benda kerja [ mm ] n = putaran mesin [ rpm ] Yang sering menjadi masalah adalah ketika harus menentukan berapa besarnya nilai n, sebab n bisa saja ditingkatkan (diperbesar) sehingga bis mengakibatkan efisiensi operator, maupun efisiensi mesin akan meningkat tajam, tetapi akibat nya, mata pahat mesin bubut bisa menjadi lebih cepat rusak. Sebagai contoh, misalkan diketahui diameter awal benda kerja = 127 mm, kemudian akan dibubut menjadi diameter akhir = 25 mm (material benda kerja Baja Karbon Sedang). Untuk jelas nya, peristiwa ini dapat dilihat melalui gambar ilustrasi berikut ini:. Gambar 2.39 Contoh langkah pemotongan C S = 27 m menit C S = 27 m menit C S = 27 m menit Tugas Akhir Aris Wibowo ( ) 36

33 n = 135 [ rpm ] n = 135[ rpm ] n = 343 [ rpm ] Kesimpulan: Dengan tetap mempertahankan kecepatan potong; C S = 27 diperlukan peningkatan putaran kerja mesin yang cukup signifikan. m menit, ternyata kecepatan potong dan putaran mesin, selain dapat dihitung dengan rumus di atas juga dapat dicari pada tabel kecepatan potong pembubutan yang hasil pembacaannya mendekati dengan angka hasil perhitungan. Tabel 2.1 Kecepatan potong pahat HSS (High Speed Steel) [7]. Tugas Akhir Aris Wibowo ( ) 37

34 Hantaran (feed) Per defenisi, hantaran adalah: kecepatan pahat pemotong atau roda gerinda bergerak maju sepanjang atau masuk ke dalam permukaan benda kerja [6]. a). Bila, benda kerja yang berputar, maka feed dinyatakan dalam mm putaran b). Bila, benda kerja dan mesin yang bergerak bolak-balik, maka feed dalam mm langkah c). Bila, benda kerja diam dan mesin berputar, maka feed dalam mm putaran. pemotong Tabel 2.2 Hantaran/feed untuk pahat HSS [7] Material Pahat o Material pahat mesin bubut konvensional : Baja Kecepatan Tinggi (High Speed Steel/HSS) Material ini mempunyai temperatur operasi maksimum 650 C. Kandungan nya, selain F e, 18 % Wolfram dan 5,5 % Chrom, serta unsur tambahan lain seperti: Vanadium, Molibdenum dan Kobalt Tugas Akhir Aris Wibowo ( ) 38

35 Karbida Suhu operasi maksimum pahat ini 1200 C. - Untuk memotong besi dan bahan lain nya (kecuali baja), maka biasanya komposisi kimia pahat nya adalah:. 94 % Wolfram karbid. 6 % Cobalt - Untuk dapat memotong baja, maka harus ditambahkan juga: titanium dan tantalium karbida, tujuan nya agar % cobalt naik, sehingga komposisi kimia pahat karbida pemotong baja adalah:. 82 % Wolfram karbida. 10 % Titanium karbida. 8 % Cobalt Pendingin Jenis Cairan Pendingin Cairan pendingin yang biasa dipakai dalam proses pemesinan dapat dikategorikan dalam empat jenis utama yaitu : 1. Straight oils (minyak murni) 2. Soluble oils 3. Semisynthetic fluids (cairan semi sintetis) 4. Synthetic fluids (cairan sintetis). Tugas Akhir Aris Wibowo ( ) 39

36 Tabel 2.3 Cairan pendingin yang direkomendasikan untuk beberapa material benda kerja [7]. Tugas Akhir Aris Wibowo ( ) 40

37 2.4. TEORI PROSES Dalam manufaktur, berbagai proses digunakan untuk menghasilkan berbagai bagian, bentuk, dan ukuran. Pada umumnya diperlukan lebih dari satu metode pembuatan dari bahan baku. Misalkan pada suatu material untuk diubah menjadi produk jadi dibutuhkan beberapa proses secara garis besarnya sebagai berikut : 1. Casting (pengecoran) : cetakan sekali pakai atau cetakan permanen. 2. Forming (pembentukan) : penggulungan, ekstrusi, penempaan, menggambar, serbuk melaturgi, dan mencetak. 3. Machining (permesinan) : pengeboran, penggilingan, penggerindaan, pembubutan,dll. 4. Joining (penyambungan) : penyolderan, mematri, pengelasan, perekat ikatan, dll.finishing (penyelesaian) : pewarnaan, pelapisan, pengasahan, dll. Pemilihan dari metode yang digunakan untuk manufaktur itu sendiri, bergatung pada : 1. bentuk produk akhir (ukuran, ketebalan, detail bentuk) 2. jenis material (rapuh atau keras) Dalam pemilihan proses manufaktur pun tentunya juga harus dipertimbangkan biaya operasional, yang meliputi: 1. Desain dan biaya peralatannya 2.Waktu yang diperlukan untuk memulai produksi 3. Ketersediaan mesin dan peralatan 4. Jumlah bagian atau produk yang dibutuhkan dan tingkat produksi yang diinginkan dan juga tentunya harus memperhatikan dampak terhadap lingkungan sekitar proses manufaktur baik jangka pendek hingga jangka panjangnya. Tugas Akhir Aris Wibowo ( ) 41