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)