PENEMPAAN/FORGING
PENGERJAAN
PANAS
pendahuluan
Penempaan(forging) sendiri adalah proses pembentukan
logam secara plastis dengan mempergunakan gaya tekan untuk mengubah bentuk atau
ukuran dari logam yang dikerjakan. Proses tempa bisa dilakukan dengan 2 cara
yaitu pengerjaan panas(hot working) dan pengerjaan dingin(cold working).
Penempaan(forging) bisa dilakukan dengan manual atau dengan mesin hidrolis
karena bisa membuat tekanan yang tinggi dan membutuhkan tenaga yang besar pula.
Tetapi jika menggunakan tenaga pneumatik, tenaga yang dihasilkan lebih kecil.
Dua jenis pengerjaan mekanik dimana logam
mengalami deformasi plastik dan perubahan bentuk adalah pengerjaan panas dan
pengerjaan dingin. Pada pengerjaan panas, gaya deformasi yang diperlukan adalah
lebih rendah dan perubahan sifat mekanik tidak seberapa. Pada pengerjaan
dingin, diperlukan gaya yang lebih besar, akan tetapi kekuatan logam tersebut
akan meningkat dengan cukup berarti .
Suhu
rekristalisasi logam menentukan batas antara pengerjaan panas dan dingin
.Pengerjaan panas logam dilakukan di atas suhu rekristalisasi atau di atas
daerah pengerasan kerja. Pengerjaan dingin dilakukan di bawah suhu
rekristalisasi dan kadang-kadang berlangsung pada suhu ruang. Suhu
rekristalisasi baja berkisar antara 500 OC dan 700 OC.
Selama
operasi pengerjaan panas, logam berada dalam keadaan plastik dan muda dibentuk
oleh tekanan . pengerjaan panas mempunyai keuntungan-keuntungan sebagai
berikut:
1.
Porositas dalam logam dapat dikurangi. Batangan [ingot] setelah dicor
umumnya mengandung banyak lubang-lubang
tersebut tertekan dan dapat hilang oleh karena pengaruh tekanan kerja yang
tinggi
2.
Ketidakmurnianan dalam bentuk inklusi terpecah-pecah dan tersebar dalam logam.
3.
Butir yang kasar dan butir berbentuk kolum diperhalus. Hal ini berlangsung di
daerah rekristalisasi.
4.
Sifat-sifat fisik meningkat, disebabkan oleh karena penghalusan butir. Keuletan
dalam logam meningkat.
5.
Jumlah energi yang dibutuhkan untuk mengubah bentuk baja dalam keadaan panas
jauh lebih rendah dibandingkan dengan energi yang dibutuhkan untuk pengerjaan
dingin.
Proses utama
pengerjaan panas logam adalah :
A.
Pengerolan [rolling]
B.
Penempaan [forging]
1.
Penempaan palu
2.
Penempaan timpa
3.
penempaan umset
4.
penempaan tekan penempaan pres
5.
penempaan rol
6.
Penempaan dingin
C. Ekstrusi
D.
Pembuatan pipa dan tabung
E.
Penarikan
F.
Pemutaran panas
G.
Cara khusus
PENEMPAAN
Penempaan palu
Pada proses penempaan
logam yang dipanaskan ditimpa dengan mesin tempa uap diantara perkakas tangan
atau die datar. Penempaan tangan yang dilakukan oleh pandai besi merupakan cara
penempaan tertua yang dikenal. Pada proses ii tidak dapat diperoleh ketelitian
yang tinggi dan tidak dapat pula dikerjakan pada benda kerja yang rumit. Berat
benda tempa berkisar antara beberapa kilogram sampai 90 Mg
.
Gambar 3. Diagram yang
menggambarkan jumlah pas dan urutan mereduksi penampang bilet 100 x 100 mm
menjadi batang bulat.
Penempaan Timpa
Perbedaan penempaan
palu dan penempaan timpa terletak pada jenis die yang digunakan. Penempaan
timpa menggunakan die tertutup, dan benda kerja terbentuk akibat impak atau
tekanan, memaksa logam panas yang plastis, dan mengisi bentuk die. Prinsip
kerjanya dapat dilihat pada gambar 5. Pada operasi ini ada aliran logam dalam
die yang disebabkan oleh timpaan yang bertubi-tubi. Untuk mengatur aliran logam
selama timpaan, operasi ini dibagi atas beberapa langkah. Setiap langkah
merubah bentuk kerja secara bertahap, dengan demikian aliran logam dapat diatur
sampai terbentuk benda kerja.
Gambar 4. Mesin tempa
uap dengan rangka terbuka.
Suhu tempa untuk baja
1100° - 1250°C, tembaga dan paduannya: 750-925°C, magnesium: 370-450°C benda
tempa dengan die tertutup mempunyai berat mulai dari beberapa gram sampai 10
Mg.
Gambar 5. Penempaan
timpa dengan die tertutup.
Dikenal dua jenis
mesin penempaan timpa yaitu: palu uap dan palu gravitasi. Pada palu uap
pembenturan tekanan impak terjadi akibat gaya palu dan die ketika mengenai die
bawah tetap. Pada gambar 6. terlihat palu piston. Untuk mengangkat palu
digunakan udara atau uap. Dapat diatur tinggi jatuhnya dengan program, oleh
karena itu dapat dihasilkan benda kerja yang lebih uniform. Palu piston dibuat
dengan kapasitas mulai dari berat palu 225 Kg sampai 4500 kg. Palu piston
banyak digunakan di industri perkakas tangan, gunting, sendok, garpu, suku
cadang, dan bagian pesawat terbang.
Palu
tempa impak seperti gambar 7 terdiri dari dua silinder yang berhadapan dalam
bidang horisontal, yang menekan impeler dan die. Bahan diletakkan pada bidang
impak dimana kedua bagian die bertemu. Deformasi dalam bahan menyerap energi.
Pada proses ini bahan mengalami deformasi yang sama pada kedua sisinya; waktu
kontak antara bahan dan die lebih singkat, energi yang dibutuhkan lebih sedikit
dibandingkan dengan proses tempa lainnya dan benda dipegang secara mekanik.
Setelah
selesai, semua benda tempa rata-rata tertutup oleh kerak harus dibersihkan. Hal
ini dapat dilakukan dengan mencelupkannya dalam asam, penumbuhan peluru atau
tumbling, tergantung pada ukuran dan komposisi benda tempa Bila selama
penempaan terjadi distrosi, operasi pelurusan atau menempatkan ukuran dapat
dilakukan .
Keuntungan dari
operasi penempaan ialah struktur kristal yang halus dari logam, tertutup
lubang-lubang, waktu pemesinan yang meningkatnya sifat-sifat fisis. Baja
karbon, baja paduan besi tempa, tembaga paduan aluminium dan paduan magnesium
dapat ditempa. Kerugian ialah timbulnya inklusi kerak dan mahalnya die sehingga
tidak ekonomis untuk membentuk benda dalam jumlah yang kecil.
Gambar 6. Palu piston.
Gambar
7. Mesin tempa impak.
Penempan dengan die tertutup
mempunyai beberapa kelebihan dibandingkan dengan penempaan dengan die terbuka,
antara lain penggunaan bahan yang lebih ketat, kapasitas produksi yang lebih
tinggi dan tidak diperlukannya keahlian khusus.
Penempaan Tekan
Pada
penempaan tekan, deformasi plastik logam melalui penekanan berlangsung dengan
lambat, yang berbeda dengan impak palu yang berlangsung dengan cepat. Mesin
tekan vertikal dapat digerakkan secara mekanik atau hidrolik. Pres mekanik yang
agak lebih cepat dapat menghasilkan antara 4 dan 90 MN (Mega Newton). Tekanan
yang diperlukan untuk membentuk baja suhu tempa bervariasi antara 20-190 MPa
(Mega Pascal). Tekanan dihitung terhadap penampang benda tempa pada garis
pemisah die.
Untuk
mesin tekan kecil digunakan die tertutup dan hanya diperlukan satu langkah
pembentur untuk penempaan. Tekanan maksimum terjadi pada akhir langkah yang
memaksa membentuk logam.
Pada
penempaan tekan pada sebagian besar energi dapat diserap oleh benda kerja
sedang pada tempa palu sebagian energi diteruskan ke mesin dan pondasi. Reduksi
dan benda kerja jauh lebih cepat, oleh karena itu biaya operasi lebih rendah.
Banyak bagian dengan bentuk yang tak teratur dan rumit dapat ditempa secara
lebih ekonomis dengan proses temap timpa.
Penempaan Upset
Pada
penempaan upset batang berpenampaan rata dijepit dalam die dan ujung yang
dipanaskan ditekan sehingga mengalami perubahan bentuk seperti terlihat pada
gambar 8. Panjang benda upset 2 atau 3 kali diameter batang, bila tidak benda
kerja akan bengkok. Pelubangan progresif sering dilakukan pada penempaan upset
seperti untuk membuat selongsong peluru artileri atau silinder mesin radial.
Gambar
8. Penempaan upset.
Urutan operasi untuk
menghasilkan benda berbentuk silinder bisa dilihat pada gambar 9. Potongan
bahan bulat dengan panjang tertentu dipanaskan sampai suhu tempa, kemudian
bahan ditekan secara progresif untuk melobanginya sehingga diperoleh bentuk
tabung.
Gambar
9. Urutan operasi penempaan silinder menggunakan mesin tempa upset.
Penempaan Rol
Batang
bulat yang pendek dikecilkan penempangannya atau dibentuk tirus dengan mesin
tempat rol. Bentuk mesin rol terlihat pada gambar 10 dimana rol tidak bulat
sepenuhnya, akan tetapi dipotong 25-75°% untuk memungkinkan bahan tebuk masuk
diantara rol. Bagian yang bulat diberi alur sesuai dengan bentuk yang
dihendakinya. Bila rol dalam berada dalam posisi terbuka, operator menempatkan
batang yang dipanaskan di antara rol. Ketika rol berputar, batang dijepit oleh
alur rol dan didorong ke arah operator. Bila rol terbuka, batang didorong
kembali dan digiling lagi, atau dipindahkan keluar berikutnya untuk lengkap
pembentukan selanjutnya.
Untuk
mengerol roda, ban logam dan benda-benda serupa lainnya diperlukan mesin rol
yang agak berbeda. Pada gambar 11 terlihat proses untuk mengerol roda. Bila
roda berputar diamer berangsur-angsur bertambah sedang pelat dan rim makin
tipis. Roda dirol sampai mencapai diameter sesuai dengan ukuran kemudian
dipindahkan ke mesin pres lainnya untuk proses pembentukan akhir.
Gambar
10. Prinsip penempaan rol
Gambar 11. Pembutan roda dengan
proses penempaan rol panas
Keuntungan dari
proses pengerjaan panas,meliputi:
1.Energi yang dibutuhkan kecil
2.Flow ability tinggi
3.Difusi cepat
4.Blow hole dan porosity dapat dieliminir
5.Butir-butir lebih halus
6.Ductikity dan touhness meningkat
Kerugian dari proses pengerjaan panas,meliputi:
1.Terjadi oksidasi
2.Decarburization permukaan
3.Toleransi besar
4.Struktur dan sifat logam tidak uniform
5.Perlu peralatan tahan panas (mahal)
6.Kontaminasi tidak dapat dikurangi
1.Energi yang dibutuhkan kecil
2.Flow ability tinggi
3.Difusi cepat
4.Blow hole dan porosity dapat dieliminir
5.Butir-butir lebih halus
6.Ductikity dan touhness meningkat
Kerugian dari proses pengerjaan panas,meliputi:
1.Terjadi oksidasi
2.Decarburization permukaan
3.Toleransi besar
4.Struktur dan sifat logam tidak uniform
5.Perlu peralatan tahan panas (mahal)
6.Kontaminasi tidak dapat dikurangi
Dilihat
dari jenis cetakannya forging dibagi menjadi dua yaitu
a. Penempaan
cetakan terbuka adalah proses penempaan yang dilakukan diantara 2 cetakan datar
atau cetakan yang bentuknya sangat sederhana. Penempaan cetakan terbuka
digunakan pada pembentukan awal benda kerja untuk penempaan cetakan tertutup.
b. .Penempaam
cetakan tertutup adalah proses penempaan yang benda kerja dibentuk diantara 2
pasangan cetakan yang akan menghasilkan bentuk akhir yang diinginkan. Benda
kerja dibentuk dibawah tekanan tinggi dalam suatu rongga tertutup, dan dengan
demikian dapat dihasilkan produk yang mempunyai dimensi yang ketat. Pada tempa
cetakan tertutup, mula-mula billet-billet tempa diatur pinggirannya agar dapat
diletakkan ditempat yang tepat untuk proses penempaan berikutnya.
PENUTUP
Forging atau Penempaan
merupakan penekanan pada logam dengan mempunyai daya tekan yang tinggi sehingga
dapat dikatakan penempaan merupakan proses penumbukan pada benda kerja sehingga
membentuk suatu benda,karena penempaan merupakan proses merapatan bulir atau
serat pada bahan baku maka proses penempaan mempunyai kekuatan unutk ratio
berat sehingga sangat baik untuk digunakan sebagai komponen-komponen mesin.
Pada proses
pengecoran juga dapat dikatakan sebagai penempaan karena pembentukan logam cair
tersebut dibentuk dalam cetakan dan cetakan tersebut mendapatkan tekanan atau
tempaan dari luar.
Meskipun penempaan
terdapat berbagai masalah dalam prosesnya akan tetapi dapat diatasi dengan
berbagi cara, yakni manaikkan temperature tempa,dan menaikan tekanan tempa.
Produk penempaan
memiliki kekuatan dan ketangguhan yang lebih baik dibanding produk
lain.sehingga sangat baik untuk komponen yang mepunyai tegangan tinggi.
Dalam penempaan
menggunakan mesin kualitas penempaan, biaya produksi, dan produktivitasnya
tergantung pada keahlian dari operator mesin tersebut.
Untuk membentuk
logam ada 2 cara yang bisa digunakan yaitu: dengan proses pengerjaan panas dan
dingin. Yang dalam penggunaannya disesuaikan dengan jenis bahan/logam. Dan
prosesnya dapat dikelompokkan menjadi 6 yaitu: dengan cara hammer forging, drop
forging, press forging, upset forging, swaging forging, roll forging. Dalam
prosesnya dingin dan panas mempunyai keuntungan dan kerungian masing-masing.
DAFTAR PUSTAKA
1. Hu, B.H., et al,
Journal of Processing and Fabrication of Advanced Materials VI:
squeeze casting of
Al-Si-Cu-Fe-Mn-Mg Alloy, Vol. 1, 1998.
2. Yue, T.M.,
Chadwick, G.A., Journal of Material Processing Technology: squeeze
casting of light
alloys and their composites, Vol. 58 No. 2 ¬ 3 , 1996.
3. N.A. El Mahllawy,
et al., Journal of Material Processing Technology: on the
microstructure and
mechanical properties of squeeze-cast Al-7wt% Si alloy, Vol 40, 1994.
4.
Kalpakjian, Serope, Manufacturing Engi- neering and Technology, 3 rd edition,
New York : Addison Wesley, 1995.
5. _______, Metal
Handbook Ninth Edition, Vol. 15, ASM, p. 323 ¬ 326, 1993.
6.
Mondolfo, L. F. Aluminium Alloys Structure and Properties, Butterworths &
Co. Ltd., London, 1979.
7.
Duskiardi, Pengaruh Parameter Proses Terhadap Sifat Mekanik dan Struktur Mikro
Produk Squeeze Casting", Tesis: Universitas Indonesia, Jakarta, 2001.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar