MODUL 6 PROSES PEMBENTUKAN LOGAM Materi ini membahas tentang proses pembuatan logam bukan besi. Tujuan instruksional khusus yang ingin dicapai adalah (1) Menjelaskan perbedaan antara proes pengerjaan secara panas dan pengerjaaan secara dingin, (2) Membedakan struktur akhir logam pada pengerjaan panas dan dingin, (3) Membedakan proinsip kerja jenis-jenis proses pembentukan. 6.1. Pendahuluan Pada pembuatan benda setengah jadi, maka baja yang telah dituang menjadi balok atau batang diberi bentuk selesai yang dikehendaki melalui penggilingan, pengempaan, perentangan, atau penuangan. Di dalam pembuatannya, pabrik baja memenuhi pesanan menurut standar baja batang (bundar, bujur sangkar, pipih, segi enam, segi delapan) digiling panas, ditempa atau direntang licin, poros direntang atau diasah. Baja kawat; direntang keras atau dipijarkan. Lembaran; digiling panas atau dingin (lembar halus, menengah, kasar, dan lembar ketel). Baja profil (L,T.I,Z) digiling panas. Pipa; tanpa sambungan atau dilas. 6.2. Klasifikasi Proses Pembentukan Proses pembentukan logam terbagi dua yaitu pengerjaan secara panas dan pengerjaan secara dingain. Gambar 6.1 Skema proses pembentukan logam 6-1
A. Pengerjaan secara panas (Hot Working) Hot working adalah proses pembentukan secara plastis terhadap logam atau paduan yang dilakukan di atas temperatur rekristalisasi-nya. Karena proses tersebut logam tidak akan mengeras, maka dapat dilakukan pembentukan dengan cepat dan terus menerus sesuai dengan keinginan. Logam tidak hanya menjadi mallable pada suhu tinggi, tetapi juga lebih lunak, karena rekristalisasi selalu terjadi selama proses. Pengerjaan panas akan mengurangi penggunaan tenaga dan waktu selama proses, serta menghasilkan bentuk butiran halus dan seragam pada saat rekristalisasi. Kekurangan hot working; mempunyai permukaan buruk kerena oksidasi dan sisik akibat proses tersebut dan ketelitian ukuran umumnya lebih sulit dicapai. Biasanya setelah hot working diikuti dengan proses pengerjaan dingin yang akan memperbaiki kualitas permukaan dan ketelitian ukuran. B. Pengerjaan secara dingin (Cold Working) Cold working adalah proses pembentukan secara plastis terhadap logam atau paduan yang dilakukan di bawah temperatur rekristalisasinya. Disamping untuk memperbaiki kualitas permukaan dan ketelitian ukuran, cold working khusus digunakan untuk beberapa operasi yang tidak dapat dilaksanakan secara panas, terutama drawing, karena ductility biasanya akan berkurang pada suhu tinggi sehingga tegangan tariknya berkurang sehingga material dapat putus dengan mudah. Gambar 6.2 Perubahan struktur pada rolling dingin 6-2
Gambar 6.3 Perubahan struktur pada rolling panas. Gambar 6.4 Skema pembuatan barang jadi dan setengah jadi dari bahan dasar. 6-3
6.3. Penggilingan (Rolling) Penggilingan diterapkan untuk pembuatan benda setengah jadi dengan bentuk penampang seragam (lembaran, batang, pipa, profil). Penggilingan dapat dilakukan secara hot working dalam keadaan pijar dan cold working pada suhu ruang. Pada proses penggilingan panas, dua roll yang ditumpu mendatar dan digerakkan berputar berlawanan arah, menangkap blok baja (slabs, blooms, billets) yang didatangkan dalam keadaan pijar putih di atas jalur gelinding, dan menariknya melalui antara keduanya. Selama pelaluan, maka benda gilingan tersebut direntangkan pada arah memanjang dengan tekanan gilingan, strukturnya dimampatkan, penampangnya diperkecil, dan diberi bentuk dan ukuran. Gambar 6.5 Penggilingan panas (hot working) a). proses perentangan pada penggilingan b). proses penggilingan c). mesin penggerak gilingan. Penggilingan dingin dilakukan sebagai kelanjutan penggilingan panas jika dikehendaki permukaan yang mengkilap dan ukuran yang tepat. Kulit terak disingkirkan sebelumya melalui pengetsaan. Pada penggilingan dingin, kekuatan meningkat dan keuletan menurun. Menurut tata susun gilingan, maka dapat dibedakan; instalasi giling duo, instalasi giling duo ganda, instalasi giling trio, dan instalasi giling kwarto. 6-4
Gambar 6.6 Tata susun gilingan di dalam instalasi giling blok dan gelondongan a). instalasi giling duo b). instalasi giling trio c). instalasi giling kwarto d). instalasi giling duo ganda. Gambar 6.7 Profil giling (a). profil antara untuk gelegar I (b). profil antara untuk gelegar L (c). berbagai hasil akhir. 6.4. Penempaan (Forging). Penempaan bisa dilaksanakan secara hot working atau cold working, bisa dilakukan dengan menumbuk atau menekan benda kerja kedalam cetakan yang akan memberikan bentuk sesuai dengan bentuk cetakan. Prinsip kerjanya dapat dilihat pada gambar 6.8. Pada operasi ini ada aliran logam dalam die yang disebabkan oleh timpaan yang bertubi-tubi. Untuk mengatur aliran logam selama penimpaan, operasi dibagi atas beberapa langkah. Setiap langkah merubah bentuk benda kerja secara bertahap, dengan demikian aliran logam dapat diatur sampai terbentuk benda kerja. Jumlah langkah tergantung pada ukuran dan bentuk benda kerja, kualitas tempa logam dan toleransi yang dipersyaratkan. Jenis-jenis proses penempaan seperti; penempaan timpa, penempaan tekan, penempaan upset, dan penempaan roll. 6-5
Gambar 6.8 Penempaan timpa dengan dies tertutup. 6.5. Penekanan (Ekstrusi) Ekstrusi bisa dilaksanakan secara hot working dan cold working. Logamlogam yang bisa dikerjakan pada proses ini adalah umumnya logam-logam lunak seperti ; timah, tembaga, aluminium, magnesium, dan logam-logam paduannya. Keuntungan proses ekstrusi antara lain ; kemungkinan membuat berbagai jenis bentuk berkekuatan tinggi, ketepatan ukuran, penyelesaian permukaan yang baik pada kecepatan produksi yang tinggi, dan harga dies yang relatif murah. Prinsip ekstrusi seperti halnya mengeluarkan pasta dari tubenya. Prinsip ini ada dua cara yaitu ekstrusi langsung (forward) dan elstrusi tak langsung (backward). Pada ekstrusi langsung, billet bulat yang telah dipanaskan dimasukkan dalam ruang die, balok dummy dan ram kemudian ditempatkan pada posisi masing-masing. Logam diekstrusi melalui lubang pada die sampai tersisa bahan sedikit saja. Pada ekstrusi tak langsung, hampir sama dengan ekstrusi langsung hanya disini bagian yang diekstrusi ditekan keluar melalui bagian dalam ram. Gaya yang diperlukan lebih rendah karena tidak ada gesekan antara billet dan dinding kontiner. 6-6
Gambar 6.9 Diagram ekstrusi langsung dan ekstrusi tak langsung 6.6. Drawing Drawing biasa dilaksanakan secara cold working, tapi pada produksi tertentu hot working bisa dilaksanakan dalam keadaan terbatas. Dalam hal ini bahan dasar bisa dalam bentuk sheet metal, kawat, batang atau tube, maka bentukbentuk yang dapat dihasilkan sesuai dengan bahan dasarnya. Yang termasuk proses drawing adalah cupping, deep drawing, tube drawing, wire drawing. Cupping (proses pembentukan mangkuk) Gambar 6.10 Skema proses cupping Deep drawing Seperti halnya cupping, tetapi deep drawing membentuk kedalaman yang lebih besar dari pada diameternya. 6-7
Tube Drawing Gambar 6.11 Skema proses deep drawing Tube drawing digunakan untuk membentuk tube tanpa sambungan. Gambar 6.12 Skema proses tube drawing Wire Drawing Pada dasarnya sama dengan tube drawing, terutama untuk mengecilkan diameter-diameter kawat yang dikerjakan secara kontinu melalui rangkaian drawing dies. Gambar 6.13 Skema wire drawing 6.7. Pembengkokan (Bending) Bending merupakan proses forming secara cold working yang menyebabkan perubahan plastis dari logam sekitar garis sumbunya dengan sedikit atau tidak ada perubahan penampang sama sekali. 6-8
Gambar 6.14 Jenis-jenis proses pembengkokan (forming) 6.8. Pembuatan pipa dan tabung (Pipe and Silinder Production) Pipa dan tabung dapat dibuat secara hot working dengan sistem penyambungan butt-welded pipe (las lantak) dan lap-welded pipe (las tumpuk). A. Lap welded pipe Proses ini terutama digunakan untuk pipa-pipa dengan diameter yang lebih besar dari 50 sampai 400 mm dengan panjang 7 meter. Perbedaannya dengan butt-welding adalah disamping tepi dari skelp yang tirus, juga terdapat madrel dan pasangan roll untuk membentuk sambungan las. Gambar 6.15 Skema proses pembuatan lap-welded pipe. B. Butt-welded pipe Proses butt-welded pipe menggunakan bahan dasar pipa dari skelp. Pipa tidak dibentuk dari suatu gelondongan, tetapi dari sklep yang telah dipanaskan sampai temperatur tempa melalui suatu dapur kemudian ditarik memasuki sebuah roll yang membentuknya jadi silinder 6-9
Gambar 6.16 Skema pembuatan butt-welded pipe. C. Pelubangan tembus (piercing) Piercing digunakan untuk membentuk tube berdinding tebal tanpa sambungan dan dilaksanakan secara hot working. Tube tersebut dibentuk dari billet berpenampang bulat, ujung billet ditandai dengan centre punch kemudian dipanaskan serta didorong dalam arah longitudinal diantara dua buah roll besar berbentuk tirus dan cembung yang berputar dengan arah yang sama. Putaran roll-roll menyebabkan billet tertarik dan berputar, selain itu billet juga tertekan sehingga meyebabkan crack pada sumbu utamanya (bersamaan dengan itu mandrel ditekan masuk menembus cracking) sehingga terbentuklah lubang tabung tersebut. Untuk mencapai ukuran yang diinginkan, tabung yang dihasilkan tadi dimasukkan lagi kedalam roll dan mandrel yang berbeda. Gambar 6.17 Skema proses pelubangan tembus (piercing). 6-10
6.9. Rangkuman Proses pembentukan bahan menjadi bahan setengah jadi dan jadi terdiri dari proses pengerjaan yaitu pengerjaan secara panas dan pengerjaaan secara dingin. Kedua sistem pembentukan ini memiliki kelebihan dan kekurangan, namun pada penerapannya dilakukan secara bersama-sama atau salah satunya yang tergantung dari jenis bahan yang dikerjakan. Jenis-jenis proses pembentukan logam adalah pengerolan, penempaan, ekstrusi, drawing, pembengkokan, dan pembuatan pipa. 6.10. Soal-soal Latihan 1. Jelaskan defenisi dari proses pengerjaan secara panas dan proses pengerjaan secara dingin?. 2. Jelaskan keuntungan dan kerugian dari proses pengerjaan secara panas dan proses pengerjaan secara dingin?. 3. Jelaskan perbedaan struktur akhir logam yang dikerjakan secara panas dan dingin? 4. Jelaskan prinsip kerja proses pengerolan dan bentuk apa saja yang dihasilkan dari proses pengerjaan ini? 5. Jelaskan prinsip kerja proses ekstrusi dan bentuk apa saja yang dihasilkan dari proses pengerjaan ini? 6. Jelaskan prinsip kerja proses pengempaan dan bentuk apa saja yang dihasilkan dari proses pengerjaan ini? 7. Jelaskan prinsip kerja proses tube drawing, deep drawing, dan fire drawing? 8. Jelaskan metode pembuatan pipa dan tabung (Pipe and Silinder Production). 6-11