1 ABRIANTO AKUAN DIAGRAM BATAS MAMPU BENTUK PADA LEMBARAN LOGAM Diagram batas mampu bentuk adalah suatu diagram yang menggambarkan batas- batas kemampuan lembaran logam untuk diubah bentuk. Diagram ini merupakan himpunan data keadaan regangan yang berhasil dan gagal, himpunan data tersebut sangat berguna dalam operasi press forming yaitu sebagai metoda bantu untuk mengkoreksi bentuk dan konstruksi perkakas/ cetakan (dies). Diagram batas mampu bentuk yang dihasilkan secara eksperimen adalah dikembangkan oleh Goodwin dan Keeler. Diagram Goodwin dan Keeler tersebut, dibuat atas dasar kumpulan data-data percobaan pada dies di press shop yang merupakan data nyata yang sangat bermanfaat untuk mengetahui batas mampu bentuk dari satu jenis lembaran logam (1) . Sebagai langkah awal, dilakukan penggambaran pola-pola geometris yang berupa lingkaran-lingkaran kecil (± 2,5 mm) (2) pada permukaan lembaran. Pola lingkaran tersebut dibuat dengan cara etching atau printing. Metoda etching akan menghasilkan pola yang tidak mudah terhapus bila dibandingkan dengan cara printing. Selanjutnya pelat yang permukaannya telah diberi pola-pola geometris, dicoba di press forming saat trial terhadap dies yang baru saja dibuat. Besar kemungkinan benda kerja tersebut belum memenuhi syarat, mungkin ada bagian yang sobek atau ada bagian yang bentuknya belum mencapai yang dikehendaki. Analisa untuk melakukan perbaikan pada konstruksi dies justru didasarkan pada pengamatan dan pengukuran deformasi berbagai lokasi pada benda kerja, baik pada lokasi yang utuh maupun daerah dekat sobekan. Data tersebut diplot pada diagram Goodwin dan Keeler. Arti fisik dari daerah-daerah diagram Goodwin dan Keeler dijelaskan melalui gambar. 1, yang terlihat perubahan pola lingkaran menjadi ellips. Perubahan bentuk pada sumbu minornya menyatakan modus deformasi yang terjadi, yaitu: Deep drawing Stretching Gabungan antara stretching dan deep drawing
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
1
ABRIANTO AKUAN
DIAGRAM BATAS MAMPU BENTUK PADA LEMBARAN
LOGAM
Diagram batas mampu bentuk adalah suatu diagram yang menggambarkan batas-
batas kemampuan lembaran logam untuk diubah bentuk. Diagram ini merupakan
himpunan data keadaan regangan yang berhasil dan gagal, himpunan data tersebut sangat
berguna dalam operasi press forming yaitu sebagai metoda bantu untuk mengkoreksi
bentuk dan konstruksi perkakas/ cetakan (dies).
Diagram batas mampu bentuk yang dihasilkan secara eksperimen adalah
dikembangkan oleh Goodwin dan Keeler. Diagram Goodwin dan Keeler tersebut, dibuat
atas dasar kumpulan data-data percobaan pada dies di press shop yang merupakan data
nyata yang sangat bermanfaat untuk mengetahui batas mampu bentuk dari satu jenis
lembaran logam(1). Sebagai langkah awal, dilakukan penggambaran pola-pola geometris
yang berupa lingkaran-lingkaran kecil (± 2,5 mm)(2) pada permukaan lembaran. Pola
lingkaran tersebut dibuat dengan cara etching atau printing. Metoda etching akan
menghasilkan pola yang tidak mudah terhapus bila dibandingkan dengan cara printing.
Selanjutnya pelat yang permukaannya telah diberi pola-pola geometris, dicoba di press
forming saat trial terhadap dies yang baru saja dibuat. Besar kemungkinan benda kerja
tersebut belum memenuhi syarat, mungkin ada bagian yang sobek atau ada bagian yang
bentuknya belum mencapai yang dikehendaki. Analisa untuk melakukan perbaikan pada
konstruksi dies justru didasarkan pada pengamatan dan pengukuran deformasi berbagai
lokasi pada benda kerja, baik pada lokasi yang utuh maupun daerah dekat sobekan. Data
tersebut diplot pada diagram Goodwin dan Keeler.
Arti fisik dari daerah-daerah diagram Goodwin dan Keeler dijelaskan melalui
gambar. 1, yang terlihat perubahan pola lingkaran menjadi ellips. Perubahan bentuk pada
sumbu minornya menyatakan modus deformasi yang terjadi, yaitu:
Deep drawing
Stretching
Gabungan antara stretching dan deep drawing
ABRIANTO AKUAN
Gambar. 1 Modus deformasi pada diagram batas pembentukan Goodwin dan Keeler
1 Batas Mampu Bentuk Lembaran Logam
Pada umumnya operasi
dan dapat dipandang sebagai gabungan dari empat proses dasar yaitu :
Proses pemotongan (
Proses pembengkokan (
Proses tarik regang (
Proses tarik dalam (
Proses press forming atau proses
ketiga proses terakhir diatas. Hal ini menunjukka
yang rumit, dapat terjadi gabungan ketiga modus deformasi.
Pada proses bending
keberhasilannya adalah radius bengkokan minimum yang belum menimbulkan retakan
pada daerah deformasi. Ukuran ini sangat tergantung pada ketebalan dan keuletan
lembaran tersebut.
Pada proses stretching
tarikan, baik satu arah (uniaksial
deformasi pada diagram batas pembentukan Goodwin dan Keeler
Batas Mampu Bentuk Lembaran Logam
Pada umumnya operasi press forming terhadap lembaran logam adalah kompleks
dan dapat dipandang sebagai gabungan dari empat proses dasar yaitu :
emotongan (shearing)
Proses pembengkokan (bending)
Proses tarik regang (stretching)
Proses tarik dalam (deep drawing)
atau proses sheet metal forming ini dapat ditinjau sebagai gabungan
ketiga proses terakhir diatas. Hal ini menunjukkan bahwa pada satu bentuk benda kerja
yang rumit, dapat terjadi gabungan ketiga modus deformasi.
bending, suatu pelat atau lembaran, yang menjadi ukuran
keberhasilannya adalah radius bengkokan minimum yang belum menimbulkan retakan
deformasi. Ukuran ini sangat tergantung pada ketebalan dan keuletan
stretching, hakekatnya adalah memberikan deformasi plastis berupa
uniaksial) maupun dua arah (biaksial). Secara teoritis, batas
2
deformasi pada diagram batas pembentukan Goodwin dan Keeler(2).
terhadap lembaran logam adalah kompleks
ini dapat ditinjau sebagai gabungan
n bahwa pada satu bentuk benda kerja
, suatu pelat atau lembaran, yang menjadi ukuran
keberhasilannya adalah radius bengkokan minimum yang belum menimbulkan retakan
deformasi. Ukuran ini sangat tergantung pada ketebalan dan keuletan
, hakekatnya adalah memberikan deformasi plastis berupa
). Secara teoritis, batas
3
ABRIANTO AKUAN
deformasi yang dapat diterima benda kerja adalah sampai mulai terjadinya penipisan
setempat atau sama dengan regangan yang terjadi ketika spesimen uji tarik mulai
mengalami necking. Peristiwa penipisan setempat tersebut mulai terjadi bila beban
maksimum tercapai, hal ini adalah akibat terjadinya keseimbangan antara kenaikan
kekuatan material akibat pengerasan regangan (strain hardening) dengan laju pengurangan
luas penampang:
F = σ . A ......................................................... (1)
dF = σ . dA + A . dσ
pada beban maksimum, berarti dF = 0 sehingga:
σ dA = -A dσ
dσ / σ = -dA / A = dl / 1
dσ / σ = dε
dσ / dε = σ
dari persamaan tegangan alir, σ = K εn harga n adalah:
n = d log σ / d log ε = d ln σ / d ln ε = ε dσ / σ dε
sehingga
n = ε ......................................................... (2)
maka harga n yang tinggi akan memberikan deformasi seragam yang besar pula. Bila pada
specimen tarik ada suatu tempat yang akan mengecil penampangnya, maka tegangan alir
dislokasi itu segera meningkat sehingga penipisan setempat terjadi. Pada pelat atau
lembaran dengan kondisi tegangan dua arah (biaksial), khususnya bila σ2 / σ1 = 0,5 maka
peristiwa necking seperti tersebut diatas tidak akan terjadi. Penipisan yang terjadi tidak
akan begitu mencolok, bahkan tidak mudah teramati dengan mata. Peristiwa ini disebut
difusi necking. Pada pelat atau lembaran yang dikenai tegangan tarik, pengecilan
penampang akan terjadi dalam dua modus, yang pertama kali terjadi adalah difusi necking.
Daerah yang mengalami difusi necking ini cukup lebar. Penipisan berikutnya akan terjadi
pada daerah yang sempit dan disebut local necking. Lokal necking ini terjadi pada saat
regangan mencapai ε = 2 n, hal tersebut secara fisik dijelaskan pada gambar. 2.
4
ABRIANTO AKUAN
Gambar. 2 Skematik difusi necking dan lokal necking(1).
Pada proses deep drawing, geometri prosesnya secara skematis terlihat pada
gambar. 3, proses deep drawing yang murni terjadi bila ujung punch berbentuk datar.
Sehingga bagian lembaran dibawah ujung punch tidak mengalami deformasi, sedangkan
bagian dinding mengalami penarikan. Dilain pihak bila ujung punch membentuk bagian dari
bola, maka proses keseluruhannya adalah gabungan antara deep drawing dan stretching
(gambar. 4).
Gambar. 3 Skematis proses deep drawing murni (ujung punch datar)(3).
5
ABRIANTO AKUAN
Gambar. 4 Gabungan proses deep drawing dan stretching (ujung punch berbentuk bagian bola).
Tinjauan tahapan deformasi gambar. 5 berikut ini, didasarkan pada proses deep drawing
murni:
Gambar. 5 Tahapan deformasi pada proses deep drawing(1).
Bagian flens (flange) akan mengalami pengecilan diameter, hal ini dimungkinkan
oleh tegangan tarik dalam arah radial (gambar. 6). Selain itu muncul pula dengan sendirinya
tegangan tekan dalam arah tangensial. Tegangan tangensial tekan inilah yang dapat
6
ABRIANTO AKUAN
menimbulkan buckling pada flens. Bila ini terjadi maka terbentuklah keriput pada flens. Dan
proses deep drawing akan gagal. Oleh karena itu maka keriput harus dihindari dengan jalan
memberikan tegangan tekan pada permukaan flens. Gaya tekan ini diberikan oleh
pemegang bakalan (blank holder). Pada saat proses deep drawing berlangsung, dinding
tabung akan mengalami penarikan.
Deep Drawability atau kemampuan tarik dalam dari suatu lembaran logam
dinyatakan dengan perbandingan diameter bakalan, do maksimum yang masih bias
diproses menjadi tabung berdiameter, di. Batas proses deep drawing tersebut dikenal
dengan nama LDR (limiting drawing ratio).
LDR = [ do / di ]maks ......................................................... (3)
Besarnya LDR dibatasi oleh gaya penarikan yang dapat ditahan oleh dinding tabung.
Berdasarkan harga gaya penarikan ideal:
F = A തߪ ε
Pada kondisi regangan bidang (εz = 0) tegangan alir pada flens adalah:
σof = (σx – σy)
dan gaya penarikan pada flens:
F = 2 π r t σof ln [ do / di ]
Dengan demikian tegangan yang terjadi pada dinding tabung adalah
σx = F / 2 π r t σof ln [ do / di ]
batas deep drawing tercapai bila tegangan yang bekerja pada dinding mencapai harga
tegangan alirnya:
σx = σow = σof ln [ do / di ]
maka, [ do / di ]maks = exp [σow / σof]
bila pada material pelat atau lembaran tersebut dianggap tidak terjadi strain hardening,
maka tegangan alir pada flens dan dinding tabung adalah sama :
σow = σof
sehingga,
σow / σof = 1
oleh karena itu:
7
ABRIANTO AKUAN
[ do / di ]maks = LDR = e = 2,7 ......................................................... (4)
Jika pengaruh bending dan unbending serta pengaruh gesekan antara benda kerja dengan
perkakas diperhitungkan, maka persamaan (2-4) diatas dikoreksi menjadi: