MACAM-MACAM PROSES PENGEROLAN

MACAM-MACAM PROSES PENGEROLAN

1. Shape Rolling.

Bermacam-macam bentuk batang struktur yang mempunyai bentuk penampang bervariasi, baja kanal, batang I, dan jalan kereta api, dibuat dengan pengerolan melalui sejumlah pasangan rol dengan desain khusus.

Gambar 1. Tahapan pada pengerolan bentuk penampang H.

2. Ring Rolling.

Pada proses ini, ring tebal berdiameter kecil (small-diameter thick ring) diekspan menjadi ring berdiameter besar dengan penampang lintang yang lebih kecil (gambar 2).

Gambar 2. Operasi ring rolling horisontalGambar 3. Tahap-tahap dalam manufaktur ring dengan tebal bervariasi

Prosedur umum untuk membuat untuk membuat ring seamless (tanpa sambungan) tampak pada gambar 3. Proses ini dapat dilakukan pada suhu kamar atau pada suhu tinggi, tergantung dari ukuran dan kekuatan produk yang dibuat. Keuntungan proses ring rolling dibandingkan proses lain untuk membuat komponen yang sama adalah: waktu produksi singkat, penghematan bahan, toleransi ukuran lebih teliti, dan arah aliran butiran lebih menguntungkan.

3. Thread dan Gear Rolling.

Merupakan proses pembentukan ulir dalam kondisi dingin dengan melewatkan batang bulat pada cetakan reciprocating atau rotary.

Dengan cetakan flat, dibuat ulir-ulir dengan mengerolkan batang atau kawat pada cetakan yang bergerak reciprocating. Laju produksinya tinggi, tergantung diameter produk (gambar 4a). Terdapat juga mesin rol ulir yang pembentukan ulirnya menggunakan cetakan rotary dengan laju produksi dapat mencapai 80 per detik (gambar 4b).

Keuntungan proses ini: tidak ada kerugian bahan (logam), peningkatan kekuatan sehubungan dengan pengerjaan dingin, hasil permukaannya sangat halus, dan tegangan sisa tekan yang dihasilkan pada permukaan meningkatkan ketahanan fatigue.

Pada semua proses pembuatan ulir dengan rol, dibutuhkan keuletan bahan yang cukup. Pelumasan juga harus diperhatikan untuk memperoleh permukaan akhir yang bagus dan untuk meminimalkan cacat.

Gambar 4. Proses pengerolan ulir

Gambar 5. (a) Skema ilustrasi ulir yang dibuat dengan mesin dan pengerolan. Perhatikan blank diameter pada pengerolan ulir. (b) Grain flow pada ulir yang dibuat dengan mesin dan pengerolan.

4. Rotary Tube Piercing.

Merupakan proses hot-working untuk membuat pipa (tube) yang panjang dan berdinding tebal tanpa sambungan (seamless).

Gambar 6. (a) dan (b) Proses rotary tube. (c) Proses rotary tube piercing.

FORGING

Forging merupakan proses deformasi plastis yang melibatkan gaya-gaya tekan (compressive forces) pada benda kerja. Jenis-jenis komponen yang dibuat dengan proses forging dewasa ini antara lain: crankshafts (as kruk), connecting rod (stang sheker), piringan turbin, roda gigi, kepala baut, perkakas tangan, dan lain sebagainya.

Operasi forging dapat dilakukan pada suhu ruang (cold working) atau pada suhu tinggi (warm dan hot working). Proses forging yang sangat sederhana dapat dilakukan dengan teknik pemukul yang berat dan landasan anvil.

1. Open-die forging.

Proses biasanya dilakukan dengan meletakkan benda kerja silinder solid (padat) diantara dua cetakan rata dan mengurangi tingginya dengan penekanan. Operasi ini disebut juga sebagai upsetting. Permukaan cetakan mungkin mempunyai bentuk tertentu, seperti conical, atau cekungan.

Gambar 7. (a) Deformasi ideal

(b) Deformasi dengan gaya gesekan pada permukaan antara benda karja dan cetakan.

2. Impression die forging.

Pada proses ini, benda kerja akan berbentuk sepeti bentuk rongga cetakan (die). Sebagaian bahan akan mengalir keluar cetakan dan membentuk flash.

Gambar 8. Skema tahap-tahap dalam impression-die forging.

3. Gaya forging.

Akurasi perhitungan gaya pada proses forging semakin sulit, jika bentuk yang hendak dibuat semakin kompleks. Sehingga pada perhitungan gaya forging diberikan faktor pengali tekanan (Kp). Gaya pada forging adalah:

F=(Kp)(Yf)(A)dengan : F=Beban forging

Kp=Faktor pengali tekanan

Yf= Flow stress bahan

A= Proyeksi luasan forging (termasuk flash)

Tabel 1. Harga Kp.

Tingkat kesulitan bentukKp

Simple Shape, tanpa flash

Simple Shape, dengan flash

Complex Shape, dengan flash3-5

5-8

8-12

Contoh soal:

Forging dengan bentuk sangat kompleks mempunyai proyeksi luas penampang 30 in2. Jika beban penakanan 10000 metric ton, berapakah maksimum flow stress yang dapat dicapai oleh material?

Jawab:

Yf = F/(Kp)(A) = (10000)(2000)/(12)(30) = 55500 psi.

4. Terminologi standar pada forging.

Gambar 9. Terminologi-terminologi standar pada proses forging

a. Parting line

Adalah garis bertemunya kedua cetakan. Untuk bentuk cetakan simetris sederhana, garis ini merupakan garis lurus dibagian tengah. Unstuck bentu yang lebih kompleks, garis ini mungkin tidak ditengah dan mungkin lebih dari satu. Pemilihan letak garis ini tergantung dari bentuk komponen, aliran logam, keseimbangan gaya-gaya, dan flash.

b. Flash dan Gutter

Flash adalah sisa logam yang terdorong keluar selama proses forging akibat aliran logam (metal flow) selama deformasi plastis. Gutter adalah ruangan/rongga cetakan yang sengaja dibuat untuk sebagai tempat mengalirnya flash selama deformasi plastis. Sehingga kelebihan logam selama forging tidak akan menyebabkan meningkatnya beban penekanan. Flash akan dibuang/dipotong pada proses finishing produk.

c. Draft angle

Draft angle diperlukan pada sebagian besar proses forging untuk memudahkan pelepasan benda kerja dari cetakan. Drfat angle biasanya berkisar antara 3 dan 10 derajat. Karena benda kerja menyusut dalam arah radial selama pendinginan setelah forging, internal draft angle dibuat lebih besar daripada external draft angle. Sehingga internal draft angle berkisar antara 7-10 derajat dan external draft angle berkisar antara 3-5 derajat.

d. Radii

Kelengkungan pada bagian-bagian ujung dan fillet. Pemilihan radius yang tepat untuk bagian-bagian ujung dan fillet sangat penting untuk memastikan aliran logam yang lancar di dalam rongga cetakan dan untuk memperpanjang umur cetakan.

5. Closed-die forging.

Skema proses closed-die forging diperlihatkan pada gambar 10.

Gambar 10. Closed-die forging

a. Precision forging

Disebut juga flashless forging merupakan proses pembentukan benda kerja yang hasil akhirnya mendekati ukuran komponen sebenarnya dikenal juga sebagai near-net shape production. Proses ini membutuhkan kapasitas peralatan forging yang lebih besar. Paduan aluminium dan magnesium sesuai untuk proses ini karena beban dan suhu yang dibutuhakn untuk proses rendah, disamping tidak banyak menyebabkan keausan pada cetakan dan permukaan hasil proses yang bagus.

b. Coining

Salah satu jenis proses closed-die forging untuk membuat koin. Tekanan yang dibutuhkan dapat mencapai 5-6 kali lebih besar dari flow stress bahan untuk menghasilkan detail bentuk koin atau medali. Pelumasan tidak dapat ditoleransi dalam proses ini, karena akan terjebak dalam rongga cetakan sehingga menghalangi reproduksi detail bentuk permukaan yang diharapkan.

Gambar 11. Tiga macam operasi dasar forgingGambar 12. Skema ilustrasi proses coining

Gambar 13. Tahapan pada proses heading

c. Heading

Pada dasarnya operasi untuk membuat bentuk tertentu pada ujung batang (biasanya bulat), seperti membuat kepala baut, paku keiling, dan paku. Aspek yang perlu diperhatikan adalah kecenderungan tekuk terjadinya tekuk pada bahan jika perbandingan panjang terhadap diameter terlalu tinggi.

d. Roll forging

Pada proses ini, penampang melintang batang direduksi dan dibentuk dengan melewatkannya melalui sepasang roll beralur yang mempunyai bermacam-macam bentuk. Operasi ini dapat dipakai untuk meproduksi komponen sebagai komponen-komponen yang langsung dipakai seperti, pisau makan dan macam-macam perkakas. Tetapi proses ini dapat juga dipakai sebagai operasi awal yang kemudian dilanjutkan dengan proses forging lainnya seperti crankshaft, connecting rod atau komponen mobil lainnya.

e. Skew rolling

Mirip dengan proses roll forging, digunakan untuk membuat komponen bola-bola pada bantalan (bearing). Kawat atau batang bulat dimasukkan ke dalam rol dan bola-bola terbentuk secara kontinyu oleh rol yang berputar. Selanjutnya bola-bola tersebut dipoles dengan mesin khusus.

Metode lain untuk membuat bola-bola komponen bantalan adalah dengan memotong batang atau kawat, kemudian diproses forging (closed-die forging).

Gambar 16. Tahap-tahap pembuatan Conecting rod dengan forging

Gambar 14. Roll Forging

Gambar 15. Tahap-tahap pembuatan Crankshaft dengan forging

Gambar 17. Tahap-tahap pembuatan roda kereta api dengan forging

6. Forging equipment.

a. Penekan Hidrolis

Penekan hidrolis mempunyai kecepatan konstan yang lambat dan beban pebekan yang terbatas. Sejumlah besar energi dipindahkan ke benda kerja dengan beban konstan, sehingga alat ini ideal untuk operasi forging jenis ekstrusi. Kecepatan ram dapat divariasi selama penekanan berlangsung. Mesin penekan ini digunakan pada operasi open-die dan closed-die forging.

b. Penekan Mekanis

Penekan mekanis yang pada dasarnya jenis engkol atau eksentris, dibatasi oleh langkah engkolnya. Kecepatannya bervariasi dari maksimum pada saat posisi engkol ditengah dan nol pada posisi engkol di bawah. Gaya yang dihasilkan juga tergantung pada posisi engkol dan menjadi sangat besar pada posisi di bawah. Oleh sebab itu, penyetelan yang tepat sangat penting untuk menghindari kerusakan cetakan atau alat.

c. Penekan Ulir

Penekan ulir meneruskan energi dari roda gila (flywheel). Beban forging dipindahkan melalui ulir vertikal. Penekan ini energinya terbatas dan dapat dipakai untuk berbagai operasi forging. Sangat cocok untuk produksi dalam jumlah kecil, ukuran komponen yang presisi, dan untuk kontrol kecepatan ram.

Gambar 18. Skema Macam-macam tipe mesin penekan

d. Hammers

Mesin ini meneruskan energinya dari energi potensial ram yang kemudian dikonversi ke energi kenetis, jadi energi yang dihasilkan mesin terbatas. Kecepatan penekanannya tinggi, sehingga waktu untk pembentukan yang singkat akan meminimalkan pendinginan pada pengerjaan panas. Oleh karena itu cocok untuk forging dengan bentuk kompleks.e. Counterblow hammerMesin ini mempunyai dua buah ram yang saling mendekati secara simultan untuk menekan benda kerja. Biasanya memakai sistem mekanik-pneumatis atau mekanis- hidrolis. Getaran terhadap pondasi yang ditimbulkan oleh mesin kecil.

Gambar 19. Macam jenis mesin forging hammer: (a)Board drop, (b)Belt drop, (c) Chain drop, (d) Air drop.

f. Pemilihan peralatan forgingPemilihan peralatan forging tergantung pada beberapa faktor, seperti: ukuran dan kompleksitas, kekuatan bahan dan sensifitasnya terhadap laju regangan, dan derajat deformasi yang dibutuhkan.a

b

flash

blank

Main roll (driven)