DEFORMASI PLASTIS

Teori Dasar DeformasiPada prinsipnya beban terhadap benda terdeformasi (Deformable Body) adalah suatu gaya yang melakukan aksi terhadap benda padat sehingga menyebabkan Causative Influences yang menyebabkan terjadinya deformasi. Apabila suatu benda mengalami deformasi maka dapat dilakukan analisis dengan 2 macam cara, yaitu: Intrepretasi Fisik dan Analisis Geometri. Intrepretasi Fisik adalah proses penerjemahan secara fisis terhadap sifat materi yang mengalami deformasi tegangan (stress) yang terjadi pada materi. hubungan fungsional antara beban dan deformasi yang terjadi dimana sifat materi yang terdeformasi terdiri atas 2 macam, yaitu: 1. Rigid (Kaku) = Patah = Plastik. 2. Non-Rigid = Lentur = Elastik.

Untuk analisis geometri lebih menekankan penentuan parameter deformasi dengan jalan mentransformasikan perubahan posisi ke dalam bentuk parameter-parameter deformasi meliputi translasi, rotasi dan dilatasi. Interpretasi Fisik dapat dilakukan dengan 2 macam metode, yaitu: Penentuan Metode dan Metode Statistika Penentuan metode pada umumnya adalah metode deterministik; metode deterministik adalah metode operasional yang menggunakan informasi yang berkaitan dengan beban, sifat-sifat materi, geometri benda dan hukum fisis yang berlaku untuk teganganregangan (Stress-Strain). Metode statistika dinamakan juga metode analisis regresi yang menitikberatkan pembahasannya pada analisis korelasi antara besaran deformasi antara besaran deformasi (displacement) dan besaran beban (load) penyebab terjadinya deformasi

Dapat juga dilihat secara makroskopis dan mikrokopis Secara makrokopis, deformasi dapat dilihat sebagai perubahan bentuk dan ukuran. Deformasi dibedakan atas deformasi elastis dan plastis. Deformasi elastis, perubahan bentuk yang terjadi bila ada gaya yang berkerja, serta akan hilang bila bebannya ditiadakan (benda akan kembali kebentuk dan ukuran semula). Deformasi plastis, perubahan bentuk yang permanen, meskipun bebannya dihilangkan. Secara mikrokopis, perubahan bentuk baik deformasi elastis maupun plastis disebabkan oleh bergesernya kedudukan atom-atom dari tempatnya semula. Pada deformasi elasitis adanya tegangan akan menggeser atom-atom ke tempat kedudukannya yang baru, dan atom-atom tersebut akan kembali ke tempatnya yang semula bila tegangan tersebut ditiadakan. Pada deformasi plastis, atom-atom yang bergeser menempati kedudukannya yang baru dan stabil, meskipun beban (tegangan) dihilangkan, atom-atom tersebut tetap berada pada kedudukan yang baru.

Deformasi adalah perubahan bentuk, posisi dan dimensi dari suatu benda. Sehingga berdasarkan definisi tersebut, deformasi dapat diartikan sebagai perubahan kedudukan atau pergerakan suatu titik pada suatu benda secara absolut maupun relatif.

Adapun parameter-parameter deformasi , antara lain:1. Tegangan (Stress) Tegangan adalah gaya (F) per luas permukaan (A) yang diteruskan ke seluruh material melalui medan-medan gaya antar atom. Pada umumnya arah tegangan miring terhadap luas A tempatnya bekerja dan dapat diuraikan menjadi dua komponen, yaitu: a) Tegangan Normal (Normal Stress), tegak lurus terhadap luas A. b) Tegangan Geser (Shear Stress), bekerja pada bidang luas A atau yang sejajar dengan luas A.Gambar 1. Komponen Tegangan Keterangan: : tegangan normal searah sumbu Y. : tegangan geser tegak lurus sumbu Y sejajar sumbu Z. : tegangan geser tegak lurus sumbu Y sejajar sumbu X.

2. Regangan (Strain) Perpindahan partikel suatu benda elastis selalu menimbulkan terjadinya perubahan bentuk benda tersebut. Perubahan bentuk suatu benda elastik dikaitkan dengan regangan, maka perubahan bentuk tersebut dipandang sebagai perubahan bentuk yang kecil. Dalam sistem koordinat kartesian tiga dimensi, perpindahan kecil partikel yang berubah bentuk diuraikan dalam komponen uX, uY dan uZ yang masing-masing sejajar terhadap sumbu koordinat kartesian X, Y dan Z.Gambar 2. Elemen Kecil Benda Plastik dan Komponen Regangan (a) Komponen Regangan; (b) Elemen Kecil Benda Elastik

3. Rotasi Rotasi merupakan perubahan posisi materi tanpa mengalami perubahan bentuk yang membentuk perubahan sudut terhadap koordinat acuan. Sebagai gambaran bentuk rotasi dapat dilihat pada gambar 3., sebagai berikut:

Gambar 3. Bentuk Rotasi

Penerapan Deformasi Plastis dalam IndustriDalam teknologi modern, proses pembentukan secara deformasi plastis merupakan salah satu metode yang digunakan selain metode permesinan. Proses pembentukan secara deformasi plastis adalah proses pembentukan dimana volume dan masa logam tetap dan logam bergerak dari suatu tempat ke tempat lain. Dalam proses pembentukan secara deformasi platis sangat penting untuk mengendalikan sifat-sifat mekanis. Pada sebagian besar produk, sifat-sifat mekanik tergantung pada pengendalian pengerasan regang selama proses berlangsung. Sementara pada beberapa contoh yang lain pengendalian deformasi, suhu dan laju perubahan regangan yang tepat selama proses berlangsung siperlukan untuk memperoleh struktur dan sifatsifat yang optimum.

Berdasarkan jenis pengenaan gaya, proses pengerjaan logam dapat dikelompokkan:1. Proses Tipe Penekanan Langsung Pada proses penekanan langsung, gaya dikenakan pada permukaan benda kerja dan logam bergerak tegak lurus dengan arah tekanan. (Proses tempa dan Pengerolan) 2. Proses Penekanan tak Langsung Proses penekanan tak langsung meliputi penarikan kawat dan penarikan tabung, ekstrusi, dan penarikan dalam cawan. Gaya utama yang dikenakan biasanya gaya tarik, tetapi gaya tekan tak langsung yang timbul akibat reaksi antara benda kerja dengan cetakan mencapai nilai yang tinggi. 3. Proses tipe Tarik Contoh paling jelas mengenai proses pembentukan jenis tarik adalah pembentukan rentang, dimana lembaran logam menutupi kontur cetakan di bawah pengaruh gaya tarik. 4. Proses Penekukan Proses penekukan mencakup pemakaian momen lengkung terhadap lembaran logam. 5. Proses Pengguntingan Proses pengguntingan melibatkan gaya geser (gaya gunting) yang cukup besar untuk memotong logam pada bidang geser.

Gb. 4 Jenis Proses Pembentukan

Keadaan proses deformasi sebaiknya ditinjau sebagai sistem keseluruhan (Gb. 5) . Daerah deformasi berkaitan dengan distribusi tegangan, regangan dan kecepatan partikel, dan dengan tekanan berlebih yang dibutuhkan untuk melakukan pengubahan bentuk. Jelas bahwa gaya yang dikenakan harus menghasilkan kondisi luluh bahan, tetapi tegangan tidak boleh menimbulkan perpatahan setempat. Tegangan alir bahan sangat dipengaruhi oleh regangan, laju regangan dan suhu. Benda kerja akan bersentuhan dengan perkakas-perkakas yang tak terdeformasi (elastik) atau cetakan (die). Gesekan antar permukaan dan perpindahan panas benda kerja ke cetakan merupakan hal yang harus mendapatkan perhatian, demikian pula masalah keausan perkakas dan penyelesaian permukaan produk.

Gb. 5. Proses Deformasi

MEKANIKA PENGERJAAN LOGAMAnalisa tegangan pada proses pengerjaan logam merupakan bidang plastisitas terapan yang banyak diteliti. Karena gaya dan deformasi pada umumnya cukup rumit, biasanya digunakan asumsi penyederhanaan untuk mendapatkan penyelesaian. Karena regangan yang terlibat dalam proses deformasi adalah besaradalah besar, biasanya regangan elastik dapat diabaikan dan yang diperhatikan hanya regangan plastiknya (benda padat kaku-plastik).

Teori mekanika proses pengerjaan logam yang diperlukan harus mampu meramalkan dengan cermat besarnya tegangan, regangan dan kecepatan-kecepatan pada setiap titik di daerah deformasi benda kerja. Metode analisa dengan derajat kerumitan yang makin tinggi dan kemmapuan untuk meramalkan secara lebih cermat adalah: 1. Metode slab (Slab method) : deformasi dianggap homogen. 2. Metode energi deformasi seragam : menghitung tegangan pembentukan rata-rata berdasarkan kerja deformasi plastik. 3. Teori medan garis gelincir : memungkinkan perhitungan tegangan-tegangan pada titik-titik untuk keadaan regangan bidang. 4. Penyelesaian batas atas dan batas bawah : didasarkan pada teori analisis batas, menggunakan tegangan dan medan kecepatan untuk menghitung batas-batas beban pembentukan yang sebenarnya. 5. Metode elemen hingga : suatu teknik yang disebut metode matrik memungkinkan pertambahan deformasi yang besar untuk bahan plastik baku serta mengurangi waktu komputasi.

SUHU PADA PENGERJAAN LOGAMProses-proses pembentukan pada umumnya digolongkan ke dalam proses pengerjaan panas dan proses pengerjaan dingin. Pengerjaan panas didefinisikan sebagai deformasi pada keadaan suhu dan laju regangan sedemikian sehingga proses-proses pemulihan terjadi bersamaan dengan deformasi. Di lain pihak, pengerjaan dingin dilakukan pada keadaan dimana proses-proses pemulihan tidak efektif. Pada pengerjaan panas, pengerasan regang dan struktur butir terdistorsi akibat deformasi, dengan cepat ditiadakan oleh pembentukan butir baru yang bebas regangan sebagai hasil rekristalisasi.

Pengerjaan PanasPengerjaan panas meliputi proses deformasi yang dilaksanakan di bawah kondisi suhu dan laju regangan tertentu sedemikian hngga proses pemulihan terjadi bersamaan dengan proses deformasi sehingga dapat dicapai regangan yang tinggi tanpa pengerasan regang yang berarti. Pengerjaan panas tahap pertama seperti pengerolan, ekstrusi atau penempaan dilakukan untuk mengubah ingot tuangan menjadi benda yang berguna. Akan tetapi terdapat beberapa kekurangan pada pengerjaan panas. Karena melibatkan suhu yang tinggi, reaksi permukaan antara logam dan udara sekitar merupakan suatu permasalahan. Biasanya pengerjaan panas dilakukan di udara, maka terjadi oksidasi dan sebagian logam akan teroksidasi. Logam-logam reaktif seperti titanium akan mengalami penggetasan oleh oksigen, dan karena itu pengerjaan panas logam tsb harus dilindungi dari pengaruh udara sekeliling.

Pengerjaan DinginPada pengerjaan dingin logam, kekerasan akan naik dan keuletan akan turun. Apabila pengerjaan dingin berlebihan, logam akan patah sebelum mencapai bentuk dan ukuran yang diinginkan. Oleh karena itu untuk mencegah hal-hal demikian, pengerjaan dingin biasanya dilakukan secara bertahap, diselingi dengan proses pelunakan pada tahap antara untuk memperlunak logam dan memulihkan keuletan. Urutan tahapan pengerjaan dingin dan pelunakan seringkali disebut siklus pengerjaan dingin pelunakan. Dengan mengatur siklus pengerjaan dingin pelunakan dapat dihasilkan komponen-komponen dengan tingkat pengerasan regang yang diinginkan.

Pengerasan Panas Sedang (Warm Working)Pengerjaan panas sedang adalah deformasi plastik logam pada suhu di bawah daerah suhu rekristalisasi tetapi di atas suhu ruang. Di sini diusahakan untuk menggabungkan keuntungankeuntungan pengerjaan panas dan pengerjaan dingin dalam satu operasi. Pengerjaan panas sedang diterapkan secara meluas pada penempaan baja, langkah tempa dapat dikurangi, beban tempa berkurang dan terjadi juga penghematan energi sehingga lebih unggul daripada pengerjaan dingin.

EFEK LAJU REGANGANLaju regangan atau kecepatan deformasi mempunyai tiga pengaruh utama terhadap pengerjaan logam, yakni: 1. Tegangan alir logam meningkat dengan bertambahnya laju regangan. 2. Suhu logam bertambah akibat pemanasan adiabatik. 3. Terjadi perbaikan pelumasan pada permukaan antara logam perkakas, asalkan lapisan pelumas tidak mengalami kerusakan.

STRUKTUR METALURGIPada penarikan kawat dan pengerolan dg regangan plastik yg besar, struktur pengerjaan dingin terdiri dari banyak butir-butir memanjang dg struktur sel dislokasi. Kemampuan pengerasan regang yg lebih kecil pada logam FCC dapat dijelaskan dg terbentuknya sel yg hampir stabil.

GESEKAN DAN PELUMASANGaya gesek yg terjadi pada permukaan antara benda kerja dan perkakas pembentuk patut diperhitungkan. Di dalam analisa gaya pada pengerjaan logam, kita mengabaikan gaya gesek yg terjadi. Asumsi ini tidaklah tepat, karena pada sebagian besar proses pengerjaan logam, gesekan merupakan faktor yg menentukan. Fungsi pelumas pada pengerjaan logam adalah: 1. Memperkecil beban deformasi. 2. Memperbesar batas deformasi sebelum patah. 3. Mengendalikan penyelesaian permukaan. 4. Mengurangi pertambahan logam pada perkakas. 5. Meminimumkan keausan perkakas. 6. Menyekat termal antara benda kerja dan perkakas. 7. Mendinginkan benda kerja dan/ perkakas.

TEKANAN HIDROSTATIKSuatu faktor penting untuk mencapai proses pembentukan yg sukses, tanpa terjadi patah adalah level tekanan hidrostatik yg terjadi pada proses. Adanya tekanan hidrostatik yg tinggi, memperkecil tegangan tarik di bawah nilai kritis untuk membentuk retakan, sementara pada saat yg sama besar tegangan alir tidak dipengaruhi oleh tekanan hidrostatika.

KEMAMPUBENTUKANKemampubentukan berkaitan dg tingkat deformasi pada proses pengerjaan logam tertentu tanpa terjadi retakan. Pada beberapa proses batas kemampubentukan ditentukan terjadinya perpatahan. Kemampubentukan adalah suatu konsep teknologi yg komplek yg tidak saja tergantung pada ketahanan perpatahan (keuletan) bahan, tetapi juga pada hal khusus suatu proses deformasi. Oleh karena itu, kemampubentukan harus dianggap terdiri dari dua faktor : (f1) yg tergantung pada sifat bahan dan yg dapat dinilai dari percobaan laboratorium, (f2) yg merupakan fungsi dari parameter proses deformasi yaitu geometri cetakan, kondisi pelumasan, dan geometri benda kerja.