IV. Data IV.1. Pengukuran Ketebalan Tabel 1.1. Data Awal Rolling Awal Rolling Kelompok Kelompok 9
Data Awal Material
Aluminium
Lebar (mm)
29,5
Tebal (mm)
5
% Reduksi
65
Pelumas
Tanpa Pelumas
∆h (mm)
0,25
Berdasarkan pengujian canai dingin yang dilakukan, didapatkan data pengujian tentang ketebalan dan % reduksi bahan bahan sebagai berikut: Tabel 1.2. Nilai % reduksi setiap passing setiap passing
Passing ke-
Tebal (mm)
% Reduksi
Perhitungan
Percobaan
Perhitungan
Percobaan
1
5,000
5,00
0,000
0,00
2
4,746
4,92
5,071
1,60
3
4,493
4,68
10,142
6,40
4
4,239
4,36
15,213
12,80
5
3,986
4,12
20,284
17,60
6
3,732
3,76
25,355
24,80
7
3,479
3,48
30,426
30,40
8
3,225
3,28
35,497
34,40
9
2,972
3,02
40,568
39,60
10
2,718
2,72
45,638
45,60
11
2,465
2,48
50,709
50,40
12
2,211
2,26
55,780
54,80
13
1,957
2,00
60,851
60,00
14
1,704
1,76
65,922
64,80
Perhitungan % reduksi didapat dari rumus:
Perhitungan ∆h didapat dari rumus:
√ Berdasarkan perhitungan dan tabel di atas, maka dapat dilihat hubungan antara peningkatan % reduksi dengan jumlah passing dan hubungan ketebalan dengan jumlah passing jumlah passing seperti seperti pada grafik berikut: Grafik Hubungan Jumlah Passing dengan % Reduksi
70 60 50
i s k 40 u d e r 30 %
% reduksi perhitungan % reduksi percobaan
20 10 0 0
5
10
15
Passing ke-
jumlah passing dengan dengan % reduksi Gambar 1.14. Grafik hubungan jumlah passing
Grafik Hubungan Jumlah Passing dengan Ketebalan 6 5 n4 a l a b3 e t e K2
penurunan ketebalan perhitungan penurunan ketebalan percobaan
1 0 0
5
10
15
Passing ke-
jumlah passing dengan dengan ketebalan Gambar 1.15. Grafik hubungan jumlah passing
IV.2. Uji Kekerasan Tabel 1.3. Data awal uji kekerasan kelompok 9
Data Awal Metode
Brinell
Beban
3 kg
Waktu Indentasi
10 s
Diameter Indentor
3 mm
Pada sampel dilakukan uji kekerasan sebelum dan setelah di rolling . Berdasarkan uji kekerasan yang dilakukan pada sampel aluminium saat sebelum dan sesudah rolling didapatkan rolling didapatkan hasil sebagai berikut: Sebelum rolling : Tabel 1.4. Data kekerasan sebelum rolling
Titik ke1 2
d1 (x) 1,166 1,072
d2 (y) 1,184 0,956
d avarage 1,175 1,014
BHN 27,878 37,844
BHN avarage 32,861
Gambar 1.16. Hasil penjejakan Brinel sampel aluminium sebelum rolling
Setelah rolling : Tabel 1.5. Data kekerasan setelah rolling
Titik ke1 2
d1 (x) 1,048 1,019
d2 (y) 1,092 1,072
d avarage 1,07 1,0455
BHN 33,865 35,527
BHN avarage 34,696
Gambar 1.17. Hasil penjejakan Brinel sampel aluminium s etelah rolling
Data kekerasan akhir kelompok lain yang memiliki jadwal hari praktikum yang sama adalah sebagai berikut: Kelompok
% Reduksi
Pelumas
65 75 65 75
9 10 11 12
BHN sebelum
Tanpa pelumas Minyak Minyak Tanpa Pelumas
BHN setelah
Rolling
Rolling
32,861 23,533 24,906 23,216
34,696 33,792 34,954 31,780
Perbandingan kekerasan awal dengan kekerasan akhir terhadap peningkatan % reduksi ketebalan antara kelompok 9 (% Reduksi 65 %) dan kelompok 12 (% Reduksi 75 %) adalah sebagai berikut:
Perbandingan Kekerasan terhadap Peningkatan % Reduksi 40 35 ) 30 N H B25 ( n a 20 s a r e 15 k e K10
34,696
32,861
31,78 23,216 Kelompok 9 Kelompok 12
5 0 1
2
Sebelum/Sesudah Rolling
Gambar 1.18. Grafik perbandingan kekerasan terhadap peningkatan % reduksi
IV.3. Pelumasan
Berdasarkan hasil pengujian kekerasan, didapat grafik perbandingan nilai kekerasan antara kelompok 9 (Kelompok 9 dengan reduksi 65 %, tanpa pelumas) dengan kelompok 11 (dengan reduksi 65 %, pelumas minyak goreng) sebagai berikut:
Grafik Perbandingan Kekerasan terhadap Pengaruh Pelumasan 40 35 ) N30 H B25 ( n a 20 s a r e 15 k e 10 K
32,861
34,69634,954
24,906
Kelompok 9 Kelompok 11
5 0 1
2
Sebelum/Sesudah Rolling
Gambar 1.19. Grafik perbandingan kekerasan terhadap pengaruh pelumasan
IV.4. Pengamatan Lembaran Logam Hasil Roll
Lembaran logam yang digunakan dalam proses canai dingin adalah aluminium. Tebal awal sampel yang digunakan dalam praktikum kelompok 9 adalah 5 mm, lebar 29,6 mm, dan % reduksi sebesar 65%. Sebelum dilakukan proses canai dingin terhadap sampel, terlebih terl ebih dahulu sampel di uji kekerasan untuk membandingkan kekerasan sampel sebelum dan setelah proses pencanaian. Pada awalnya, sampel tidak menunjukan jenis cacat apapun, hanya terdapat sedikit permukaan sampel yang tidak halus. Setelah dilakukan proses pencanaian, didapat bahwa semakin bertambahnya passing rolling yang diberikan, mulai terlihat cacat hasil pengerolan yang tidak rata atau bengkok, baik dari arah vertikal maupun arah horizontal. Berikut foto hasil canai dingin kelompok kami:
Gambar 1.20. Sampel sebelum proses rolling
Gambar 1.21. Sampel setelah proses rolling
V. Pembahasan V.1. Pengukuran Ketebalan Proses Cold Roll
Proses rolling atau pencanaian adalah salah satu proses pengubahan bentuk dari logam. Proses ini merupakan suatu proses deformasi dimana ketebalan dari benda kerja direduksi dengan menggunakan gaya tekan dari dua buah roll atau lebih. Roll berputar untuk menarik dan menekan secara simultan benda kerja yang berada di antaranya. Butir sampel yang tadinya bulat (equiaxed ( equiaxed ) setelah adanya gaya tekan dari roll berubah roll berubah menjadi bentuk pipih seperti gambar di bawah ini:
Gambar 1.22. Perubahan butir pada proses rolling
Pada saat rolling , sampel dikenai tegangan kompresi tinggi yang berasal dari gerakan jepit rol dan tegangan geser dan tegangan gesek permukaan sebagai akibat gesekan antara rol dan logam.
Selama proses
canai, roll memberikan roll memberikan tegangan tekan pada bagian-bagian dari benda kerja. Tegangan-tegangan ini mengakibatkan benda kerja mengalami deformasi plastis.
Dengan menggunakan rumus % reduksi, seperti rumus di bawah ini:
didapat data bahwa ketebalan akhir dari sampel aluminium yang diinginkan adalah sebesar 1,75 mm untuk %reduksi sebesar 65% dengan ketebalan awal sebesar 5 mm. Untuk mendapatkan ketebalan akhir yang diinginkan, digunakan rumus untuk mencari nilai besarnya pengurangan ketebalan ( Δh) untuk setiap passing dari passing dari mesin roll .
√ Dengan rumus tersebut, didapatkan besarnya pengurangan ketebalan (Δh) untuk setiap passing setiap passing dari dari mesin roll adalah roll adalah sebesar 0.253 mm. Menurut perhitungan, untuk bisa mendapatkan tebal akhir yang diinginkan sesuai dengan perhitungan di atas diperlukan 14 kali passing . Dalam proses pencanaian, kelompok 9 tidak menggunakan pelumas apapun. Mesin Mes in roll yang digunakan adalah mesin roll tipe roll tipe two high mill , yang merupakan mesin pengerol logam dua tingkat dan jenis yang paling sederhana. Gambar mesin yang digunakan dalam percobaan ini dapat dilihat pada gambar di bawah ini:
Gambar 1.23. Mesin rolling
Berdasarkan percobaan canai dingin yang telah dilakukan, terdapat deviasi (penyimpangan) antara tebal yang didapat dengan tebal yang didapat berdasarkan percobaan dalam sekali passing melalui perhitungan : Passing ke-
Tebal (mm)
Perhitungan
Percobaan
1
5,000
5,00
2
4,746
4,92
3
4,493
4,68
4
4,239
4,36
5
3,986
4,12
6
3,732
3,76
7
3,479
3,48
8
3,225
3,28
9
2,972
3,02
10
2,718
2,72
11
2,465
2,48
12
2,211
2,26
13
1,957
2,00
14
1,704
1,76
Deviasi atau penyimpangan ini dapat terjadi karena pada saat perhitungan tebal teoritis, kita menganggap semua kondisi berjalan secara sempurna sesuai dengan spesifikasi dan tidak ada pengaruh minor yang berarti. Sedangkan pada saat melakukan percobaan, ditemukan beberapa faktor
yang
kemungkinan
menyebabkan
terjadinya
deviasi
atau
penyimpangan tersebut, seperti kondisi awal sampel yang kurang rata, terutama dalam dimensi panjang dan lebar sampel juga akan mempengaruhi hasil dari proses canai dingin ini. Selain itu juga faktor penempatan sampel sebelum dicanai juga menjadi salah satu penyebab ketidaksamaan nilai reduksi yang diperoleh. Penempatan sampel yang tidak lurus dapat
menyebabkan penekanan roll tidak seragam di beberapa daerah sehingga memungkinkan terjadinya cacat kerataan dimana ketebalan sampel tidak sama untuk tiap bagian. Faktor penyebab terakhir adalah kesalahan praktikan dalam mengatur gap antar roll antar roll atau atau pun karena sisa pelumasan pada roll hasil roll hasil kelompok sebelumnya.
V.2. Uji Kekerasan
Berdasarkan perhitungan nilai kekerasan pada sampel sebelum dan sesudah proses rolling , didapat bawah kekerasan sampel meningkat dari 32,861 BHN menjadi 34,696 BHN. Hal ini dapat terjadi karena adanya mekanisme pengutan pada sampel logam. Dengan memberikan beban tekanan maka ada perubahan dimensi ketebalan yang mengakibatkan ketabalan menjadi lebih kecil dari sebelumnya. Hal ini disebut penguatan cold work ( strain strain hardening ). ). Penguatan ini terjadi akibat terjadinya deformasi akibat pengerollan sehingga dislokasi yang bergerak selama deformasi akan bertumpuk dan menjadi lebih padat dari sebelumnya sehingga lebih sulit bergerak, akibatnya sampel sam pel menjadi sulit untuk dideformasi lagi yang artinya sampel menjadi lebih keras dari sebelumnya. Bila dilihat dari struktur mikronya, struktur butir pada sampel hasil rolling akan rolling akan berubah dari bentuk struktur awalnya. Pada proses rolling terjadi rolling terjadi perubahan deformasi dan perubahan butir dari butir bulat (equiaxed ( equiaxed ) menjadi butir yang terelongasi. Jumlah pengerjaan dingin yang dapat dialami logam tergantung kepada kekuatannya, semakin ulet suatu logam, maka makin besar pengerjaan dingin yang dapat dilakukan. Logam murni relatif lebih mudah mengalami deformasi daripada paduan, karena penambahan unsur paduan cenderung meningkatkan gejala pengerasan regangan. Proses cold work akan meningkatkan energi internal dari logam sehingga semakin besar % cold work maka semakin tinggi tegangan sisanya (residual internal energy). energy). Tegangan sisa pada proses pencanaian ini merupakan hal yang tidak diinginkan dalam pengaplikasiannya. Tegangan
sisa merugikan karena dapat mengurangi kemampuan maksimal dari material ini. Tegangan sisa ini disebabkan karena adanya gaya antar butir yang dipadatkan, dan membuat tegangan antar muka butir jadi tinggi. Oleh karena itu
diperlukan
perlakuan
untuk
menghilangkan
tegangan
sisa
dan
mengembalikan mikrostruktur produk roll pada roll pada proses pencanaian ini. Untuk mengatasi hal ini, besi biasanya dikenai annealing atau pemanasan. Dengan suhu tertentu, tegangan sisa tersebut dapat dihilangkan dan ukuran butir yang pipih akan kembali normal.
V.3. Pelumasan
Penambahan atau penggunaan pelumas pada saat proses rolling bertujuan untuk melumasi permukaan sampel sehingga meminimalisasi terjadinya cacat pada produk akhir. Pelumas ini juga berfungsi untuk mengurangi friksi antara sampel dan roll serta berungsi sebagai pendingin, sehingga tidak akan merusak permukaan sampel dan merubah sifat mekanis sampel canai dingin. Selain itu, pelumas juga digunakan sebagai media pendingin karena pada proses pengerolan, gesekan yang terjadi dapat memicu timbulnya panas pada daerah kontak sampel dan roll . Apabila tidak menggunakan pelumas pada saat pengerolan, maka umumnya akan diperlukan gaya yang lebih besar untuk melakukan proses rolling karena proses friksi yang terjadi akan menghambat proses rolling itu rolling itu sendiri. Hal ini dapat dijelaskan melalui fenomena fisika sederhana dimana benda yang diberikan aksi pasti akan melakukan reaksi. Fenomena Fenomena aksi-reaksi disini adalah proses roll dan gesekan yang ditimbulkan. Jika kita menggunakan pelumas, maka koefisien gesekan antar permukaan dapat diabaikan sehingga pergerakan proses roll akan lebih lancar. Pada saat praktikum pencanaian dilakukan, kelompok 9 tidak menggunakan pelumas apapun. Namun, pada roll masih terdapat sisa pelumas berupa minyak goreng hasil pencanaian kelompok sebelumnya. Jika J ika dibandingkan dengan kelompok 11 yang menggunakan pelumas berupa
minyak goreng, maka dapat dilihat bahwa terjadi perbedaan kekerasan antara kedua sampel kelompok.
V.4. Pengamatan Lembaran Hasil Roll
Pada sampel hasil rolling , kami menemukan beberapa cacat seperti hasil pengerolan yang tidak rata atau bengkok, baik dari arah vertikal maupun arah horizontal dan adanya pelebaran pada ujung-ujung sampel karena kondisi sampel awal yang tidak sempurna. Permukaan yang tidak rata ini termasuk cacat dalam proses rolling yaitu cacat kerataan atau wavy edges. edges. Cacat kerataan ini bisa disebabkan karena permukaan sampel yang tidak rata sehingga saat roller menekan permukaan sampel, gaya tekan yang diberikan untuk tiap bagian tidak sama dan diperoleh hasil dengan permukaan yang tebal dan tipis serta berombak. Selain itu, cacat kerataan ini juga bisa disebabkan karena praktikan tidak lurus meletakkan sampel pada mesin rollernya sehingga hasil akhirnya bergelombang. Hasil yang diperoleh pada percobaan kami tidak terlalu buruk namun belum sempurna, mungkin salah satu alasannya karena pada saat pengerolan tidak menggunakan pelumas. Untuk menghindari terjadinya cacat, salah satu cara adalah dengan menggunakan pelumas yang tepat. Selain itu, peletakan sampel yang lurus pada mesin roller turut mengurangi terjadinya cacat. Peletakan sampel yang lurus dan benar akan memberikan hasil permukaan yang rata dan baik.
V.5. Aplikasi Produk Roll Aluminium
Beberapa aplikasi produk setengah jadi roll aluminium antara lain, aluminium roll dan aluminium foil.
Gambar 1.24. Aluminium roll (kiri) dan aluminium foil (kanan)
Dari produk setengah jadi tersebut dapat dijadikan beberapa barang produk jadi, seperti penggaris aluminium, komponen tiang pada jembatan, dan kaleng makanan atau minuman.
Gambar 1.25. Penggaris aluminium, jembatan, dan kaleng makanan-minuman
VI. Tugas Tambahan
(terlampir)
VII. Kritik dan Saran
Pada saat praktikum canai dingin (pengerolan) terjadi kesalahan dalam pemakaian pelumas, seharusnya kelompok 9 menggunakan pelumas berupa minyak goreng tapi pada saat praktikum kelompok 9 tidak menggunakan pelumas. Sebaiknya asisten lebih teliti lagi pada saat praktikum berjalan. Selebihnya, asisten sudah cukup menjalankan peran dan tugasnya dengan sangat baik.
Referensi
Modul Praktikum Pembentukan Logam. 2013. DMM FTUI.
Slide Kuliah Sheet Metal Forming oleh Prof. Dr. Ir. Dedi Priadi, DEA, 2013.
Slide Kuliah Metalurgi Fisik 1 oleh Bondan Tiara Sofyan, 2010.
Deep Drawing IV. Data IV.1. Sampel Baja
Diameter blank Diameter blank awal awal
: 80 mm
Tebal blank
: 1 mm
Pelumas
: Plastik
Punch pressure
: 7,5 tonF
Blank pressure
: 2 tonF
Tinggi cup
: 18,2 mm
IV.2. Sampel Al
Diameter blank Diameter blank awal awal
: 80 mm
Tebal blank
: 1 mm
Pelumas
: Plastik
Punch pressure
: 0,5 tonF
Blank pressure
: 2 tonF
Tinggi cup
: 20,7 mm
V. Pembahasan V.1. Sampel Baja
Analisa LDR
Mampu bentuk lembaran melalui proses deep drawing dinyatakan dengan LDR ( Limit Drawing Ratio), Ratio), yaitu batas kemampuan bahan dimana merupakan perbandingan antara diameter blank maksimum / kritis terhadap diameter punch diameter punch yang masih dapat membentuk mangkuk atau cup yang baik dimana rasio batas penarikan ( Limit Limit Drawing Ratio), Ratio), yaitu rasio dari diameter blank terbesar yang berhasil ditarik, D, terhadap diameter penekan, d.
Setelah dilakukan percobaan, kemudian dapat dihitung nilai dari drawing ratio. ratio. Kemudian dilakukan perhitungan dari beberapa kelompok (kelompok 1, 9, dan 17) dengan data sebagai berikut:
Tabel 2.2. Data nilai drawing ratio
Kelompok
D maks
d
Drawing Ratio
1
80
40
2
9
80
40
2
17
80
40
2
Nilai drawing ratio pada tabel di atas didapat dari perhitungan di bawah ini:
Kelompok 1 LDR
80 40
Kelompok 9 LDR
2
80
80
40
2
Kelompok 17 LDR
Berdasarkan
40
2
perhitungan-perhitungan
di
atas
dan
hasil
percobaan yang telah dilakukan, sampel baja memiliki nilai Limit Drawing Ratio (LDR) sebesar 2 dengan diameter blank sebesar 80 mm. Hal ini dikarenakan pada proses deep drawing dengan diameter blank sebesar 80 mm sampel baja dapat terbentuk cup tanpa mengalami perobekan. Sedangkan berdasarkan percobaan yang kami lakukan dengan diameter blank sebesar 80 mm, sampel baja kami seperti yang terlihat pada gambar di bawah ini:
Gambar 2.5. Sampel Baja Hasil Deep Drawing
Hal ini juga sekaligus menunjukkan bahwa diameter blank kelompok kami (80 mm) termasuk dalam diameter blank kritis blank kritis sesuai Limit Drawing Ratio (LDR).
Analisa Tekanan Bl ank Holder Holder
Perhitungan blank holder dilakukan holder dilakukan berdasarkan rumus:
Dimana: D = diameter blank diameter blank (mm) (mm) d
= diameter pons pons (mm)
s
= tebal lembaran (mm)
uts = tegangan tarik maksimum (kg/mm 2) *
P
P B
80 2 0.5 x 40 1 0.25 x 1 11,632 x380 x 100 x1 9,8 40
1 400
(80 2 40 2 ) x11,632 x
1 1000
0,438tonF
Berdasarkan rumus di atas, besarnya blank holder perhitungan untuk sampel baja adalah sebesar 0,438 tonF, sedangkan tekanan blank holder yang kami gunakan pada saat praktikum deep drawing
adalah sebesar 2 tonF. Nilai UTS yang digunakan di atas merupakan nilai UTS Baja AISI 1020 yaitu sebesar 380 MPa. Dari hasil perhitungan di atas, tekanan yang digunakan blank holder yang seharusnya adalah 0,438 tonF sedangkan pada saat praktikum tekanan blank holder adalah sebesar 2 tonF. Karena hal inilah maka sampel baja kami masih berbentuk seperti huruf U dan belum robek karena ternyata tekanan blank holder yang digunakan di laboratorium kurang besar untuk merobek sampel. Sehingga jika saja tekanan yang digunakan pada blank holder minimal 0,438 tonF maka sampel bisa jadi akan robek. Gaya blank holder yang digunakan pada percobaan harus disesuaikan dengan diameter punch punch dan juga kesesuaian dengan jenis material. Gaya blank holder yang tinggi akan meningkatkan gesekan yang
terjadi,
bila
gaya
blank
holder terlalu
tinggi
dapat
mengakibatkan aliran material tidak sempurna sehingga produk dapat mengalami cacat.
Analisa Pelumas
Pada
saat
praktikum
deep
drawing ,
kelompok
kami
menggunakan pelumas jenis polimer (plastik) dan menghasilkan ketinggian cup sebesar 24.15 mm. Kami mencoba membandingkan hasil deep drawing kami dengan kelompok yang memiliki diameter blank yang sama namun menggunakan pelumas jenis berbeda (minyak), yaitu kelompok 1, serta kelompok 17 yang tidak memakai pelumas. Berdasarkan data kelompok 1, tinggi cup yang mereka hasilkan adalah sebesar 26.25 mm. Perbedaan mendasar antara pelumas oli dan plastik terletak terlet ak pada wujudnya. Pelumas oli berwujud cair dan pelumas plastik berwujud padat. Berdasarkan perbandingan data antar kelompok 1 dan 9 ini dapat terlihat bahwa pelumas padat (plastik) memiliki efektifitas yang lebih baik tetapi menurut literatur pelumas cair yang memiliki efektifitas lebih baik jika digunakan sebagai pelumas pada proses deep drawing . Hal ini dapat dijelaskan karena oli memiliki fasa cair dan
memiliki mobilitas yang lebih baik untuk mengisi rongga-rongga antara cetakan dan blank pada saat proses deep drawing . Dengan adanya penyebaran pelumas yang lebih baik, maka proses deep drawing sendiri akan berlangsung lebih lancar ( smooth) smooth) karena friksi berkurang berkurang lebih banyak dan hal ini dapat terlihat dari pembentukan cup yang lebih tinggi dibanding ketinggian cup dengan menggunakan plastik sebagai pelumas.
Analisa Material
Pada pengujian sampel baja, dengan diameter 80 mm pada temperatur ruang, sebelum dilakukan deep drawing sampel baja diberikan pelumas plastik pada kedua sisinya sampai menutupi permukaan material logam baja. Dari sampel tersebut (dengan pelumas plastik) kelompok kami tidak berhasil membentuk cup karena terjadi robek saat diberikan tekanan. Berdasarkan data dan hasil perhitungan, sampel yang kami gunakan memiliki nilai drawing ratio sebesar 2.75 untuk material baja berdiameter 110 mm. Dimana pada literatur didapatkan bahwa LDR baja bernilai 2.67. Hal ini tentu saja menjelaskan mengapa sampel baja kami mengalami perobekan karena nilai drawing ratio kelompok kami (2.75) berada di atas batas LDR untuk material baja (2,67). Pada sampel baja yang kami peroleh memang tidak ada cacat yang serius namun hanya bentuk sisi permukaan sampel yang tidak rata karena proses pemotongan sampel yang tidak sempurna. Hal ini mungkin yang menyebabkan sampel baja kami mengalami perobekan. Baja yang kami jadikan referensi disini adalah baja AISI 1020. Baja ini termasuk baja jenis karbon rendah (low (low carbon steel ). ). Baja low carbon merupakan salah satu material dengan formability yang baik. Hal ini dikarenakan kandungan karbon yang rendah pada baja jenis ini bisa meningkatkan keuletan dari material ini. Seperti yang kita ketahui bersama bahwa semakin besar kadar karbon dalam baja, maka kekerasan dan kekuatannya akan meningkat sedangkan keuletannya akan menurun. Keuletan baja AISI 1020 dapat terlihat
dari besarnya reduction area yang dimiliki baja jenis ini, yaitu sebesar 64%. Pada percobaan yang dilakukan timbul gaya gesek antara punch dan blank yang blank yang akan menyebabkan hambatan bagi blank untuk blank untuk meregang. Untuk mengurangi gaya gesek digunakan pelumas. Kondisi pelumasan juga mempengaruhi distribusi tegangan dalam proses deep drawing dimana semakin baik pelumasan maka distribusi tegangan yang terjadi semakin uniform. uniform. Hal-hal yang mempengaruhi besarnya nilai LDR antara lain:
Jari-jari cetakan Lengkungan punch, punch, lengkungan yang tajam menimbulkan penipisan setempat dan perobekan
Celah antara punch antara punch dan cetakan (clearance (clearance))
Pelumas untuk mengurangi gesekan.
V.2. Sampel Al
Analisa LDR
Mampu bentuk lembaran melalui proses deep drawing dinyatakan dengan LDR ( Limit
Drawing Ratio), Ratio),
yaitu batas
kemampuan bahan dimana merupakan perbandingan antara diameter blank maksimum / kritis terhadap diameter punch diameter punch yang masih dapat membentuk mangkuk atau cup yang baik dimana rasio batas penarikan ( Limit Limit Drawing Ratio), Ratio), yaitu rasio dari diameter blank terbesar yang berhasil ditarik, D, terhadap diameter penekan, d.
Setelah dilakukan percobaan, kemudian dapat dihitung nilai dari drawing ratio. ratio. Kemudian dilakukan perhitungan dari beberapa kelompok (kelompok 1, 9, dan 17) dengan data sebagai berikut:
Tabel 2.2. Data nilai drawing ratio
Kelompok
D maks
d
Drawing Ratio
1
80
40
2
9
80
40
2
17
80
40
2
Nilai drawing ratio pada tabel di atas didapat dari perhitungan di bawah ini:
Kelompok 1 LDR
80
80
80
40
2
Kelompok 9 LDR
40
2
Kelompok 17 LDR
Berdasarkan
40
2
perhitungan-perhitungan
di
atas
dan
hasil
percobaan yang telah dilakukan, semua sampel Al mengalami fenomena perobekan pada diameter blank (kelompok 9) pada saat diuji deep drawing . Hal ini menunjukkan bahwa kita tidak dapat menentukan berapa besarnya LDR dari material Al jika menggunakan data-data percobaan dari kelompok 9. Sebagaimana yang telah dijelaskan sebelumnya bahwa LDR merupakan ratio antara diameter blank kritis dibagi dengan diameter dari punch. punch. Diameter blank kritis disini maksudnya adalah diameter blank dimana sampel yang diuji deep drawing tidak mengalami perobekan. Hal ini dikarenakan pada proses deep drawing terjadi aliran material dari sampel sehingga mencegah penipisan dan atau perobekan. Aliran material ini dapat terjadi karena tekanan pada blank holder nilainya holder nilainya tidak terlalu besar.
Gambar 2.6. Sampel aluminium hasil deep drawing
Analisa Tekanan Bl ank Holder Holder
Perhitungan blank holder dilakukan holder dilakukan berdasarkan rumus:
dimana: D = diameter blank diameter blank (mm) (mm) d = diameter punch punch (mm) s = tebal lembaran (mm) uts = tegangan tarik maksimum (kgF/mm 2) *
P
P B
80 2 0.5 x 40 0.25 x 1 x11,216 3,3 x 40 100 1 1
400
(80 2 40 2 ) x3,3 127 x
1 1000
0,127tonF
Berdasarkan rumus di atas, besarnya blank holder perhitungan untuk sampel Al adalah sebesar 0,127 kgF, sedangkan tekanan blank
holder yang kami gunakan pada saat praktikum deep drawing adalah sebesar 0.470 tonF. Hal ini berbeda karena pada saat praktikum kami belum menghitung tekanan blank holder (sesuai rumus modul) melainkan menggunakan tekanan blank holder yang terbaca dari mesin deep drawing. Bila dilihat dari hasil percobaan yang telah dilakukan,
pengaruh
perbedaan
tekanan
blank
holder hasil
perhitungan dengan praktikum berpengaruh besar terhadap hasil praktikum deep drawing . Hal ini dikarenakan dengan penggunaan tekanan blank holder yang lebih besar (saat praktek 0.470 tonF) dari tekanan
blank holder hasil
perhitungan
(0.127
tonF),
dapat
menyebabkan aliran material tidak sempurna sehingga produk mengalami cacat. Ini menunjukkan bahwa ratio diameter blank dengan diameter punch yang kami gunakan pada deep drawing aluminium (nilai drawingratio) drawingratio) memang bukanlah nilai Limit Drawing Ratio (LDR) dari sampel Al, hal ini dikarenakan diameter kritis tidak dapat dicapai karena sampel telah mengalami perobekan saat deep drawing. Gaya blank holder yang digunakan pada percobaan harus disesuaikan dengan diameter punch punch dan juga kesesuaian dengan jenis material. Gaya blankholder yang tinggi akan meningkatkan gesekan yang terjadi, bila gaya blankholder terlalu blankholder terlalu tinggi dapat mengakibatkan aliran material tidak sempurna sehingga produk dapat mengalami cacat.
Analisa Pelumas
Pada
saat
praktikum
deep
drawing ,
kelompok
kami
menggunakan pelumas padat berupa plastik dan menghasilkan ketinggian cup sebesar 19.2 mm. Kami mencoba membandingkan hasil deep drawing kami dengan kelompok yang memiliki diameter blank yang sama namun menggunakan pelumas jenis berbeda (minyak), yaitu kelompok 1, serta kelompok 17 yang tidak memakai pelumas. Berdasarkan data kelompok 1, tinggi cup yang mereka
hasilkan adalah sebesar 17.4 mm. Perbedaan mendasar antara pelumas oli dan plastik terletak pada wujudnya. Pelumas oli berwujud cair dan pelumas plastik berwujud padat. Ternyata pada prakteknya, hal ini berpengaruh karena kelompok kami dan kelompok 8 memiliki ketinggian cup yang berbeda, yaitu 19.2 mm dengan 7.4 mm. Berdasarkan perbandingan data antar kelompok 1 dan 9 ini dapat terlihat bahwa pelumas padat (plastik) memiliki efektifitas yang lebih baik tetapi menurut literatur pelumas cair yang memiliki efektifitas lebih baik jika digunakan sebagai pelumas pada proses deep drawing . Hal ini dapat dijelaskan karena oli memiliki fasa cair dan memiliki mobilitas yang lebih baik untuk mengisi rongga-rongga antara cetakan dan blank pada blank pada saat proses deep drawing . Dengan adanya penyebaran pelumas yang lebih baik, maka proses deep drawing sendiri akan berlangsung lebih lancar ( smooth) smooth) karena friksi berkurang berkurang lebih banyak dan hal ini dapat terlihat dari pembentukan cup yang lebih tinggi dibanding ketinggian cup dengan menggunakan minyak sebagai pelumas. Kesalahan percobaan ini terjadi tinggi cup yang dicatat dihitung dari cup yang sobek sehingga menimbulkan kesalahan pembacaan tinggi cup. Sementara, jika dibandingkan kelompok 9 dan 17, tinggi yang didapatkan adalah 16.5 mm (untuk kelompok 17), sementara untuk kelompok kami adalah 19.2 mm. Berdasarkan perbandingan data ant ar kelompok 1 dan 9 ini dapat terlihat bahwa pelumas padat (plastik) memiliki efektifitas yang lebih baik dibandingkan tanpa pelumas. Saat proses deep drawing berlangsung gesekan terjadi antara permukaan punch dengan blank . Gesekan akan mempengaruhi hasil dari produk yang dihasilkan sekaligus mempengaruhi besarnya gaya yang dibutuhkan untuk proses pembentukan cup. cup. Semakin besar gaya gesek maka gaya untuk proses deep drawing juga akan meningkat. Proses pelumasan adalah salah satu cara mengontrol kondisi lapisan tribologi (friksi, aus dan lubrikasi) pada proses deep drawing . Dengan
melakukan pelumas diharapkan mampu menurunkan koefisien gesek permukaan material yang bersinggungan. bersinggungan.
Analisa Material
Pada pengujian sampel Aluminium dengan diameter 80 mm pada temperatur ruang, sebelum dilakukan deep drawing sampel Al diberikan pelumas plastik pada kedua sisinya sampai menutupi permukaan material logam kuningan. Dari sampel tersebut (dengan pelumas minyak) kelompok kami tidak berhasil membentuk cup karena terjadi robek saat diberikan tekanan. Berdasarkan data dan hasil perhitungan, sampel yang kami gunakan memiliki nilai drawing ratio sebesar 2 untuk material aluminium berdiameter 80 mm. Pada sampel kuningan yang kami peroleh tidak ada cacat yang serius yang dapat mempengaruhi hasil percobaan. Yang ada hanya bentuk sisi permukaan sampel yang tidak rata karena proses pemotongan sampel yang tidak sempurna. Ketidakrataan sisi sampel kuningan kami ini dapat diatasi dengan melakukan pengamplasan yang merata di sisi-sisi yang kurang rata tersebut. Aluminium merupakan salah satu material dengan formability yang baik. Hal ini dikarenakan aluminium memiliki keuletan yang baik. Besar elongasi aluminium adalah 6%. Aluminium merupakan salah satu material yang banyak digunakan di masyarakat. Material ini merupakan material serbaguna yang digunakan karena kekuatannya, ketahanan korosinya, penampilannya dan kemudahannya untuk digunakan serta memiliki berat jenis yang rendah dibandingkan dengan baja. Pada percobaan yang dilakukan timbul gaya gesek antara punch dan blank yang blank yang akan menyebabkan hambatan bagi blank untuk blank untuk meregang. Untuk mengurangi gaya gesek digunakan di gunakan pelumas. Kondisi pelumasan juga mempengaruhi distribusi tegangan dalam proses deep
drawing dimana semakin baik pelumasan maka distribusi tegangan yang terjadi semakin uniform. uniform.
Aplikasi Produk Deep Deep Dr awin g
Produk Setengah Jadi : Contoh produk setengah jadi dalam proses deep drawing adalah sebagai cup yang akan diproses menjadi produk jadi.
Gambar 2.7. Cup hasil proses deep drawing
Produk Jadi : Contoh aplikasi produk deep drawing sebagai produk jadi antara lain sebagai seal pada pompa air rumah tangga, komponen pada filter bahan bakar, wet rotor motor housings, housings , drawn couplings dan adapters, adapters, oil pan dan lain-lain.
Gambar 2.8. Aplikasi produk jadi hasil proses deep drawing
Stretching IV. Data IV.1 Data Sampel Al
Diameter blank Diameter blank awal awal
: 80 mm
Tebal blank
: 1 mm
Pelumas
: Plastik
Punch pressure
: 0,5 tonF
Blank pressure
: 4 tonF
Tinggi cup
: 16,25 mm
IV.2 Data Sampel Baja
Diameter blank Diameter blank awal awal
: 80 mm
Tebal blank
: 1 mm
Pelumas
: Plastik
Punch pressure
: 4,5 tonF
Blank pressure
: 4 tonF
Tinggi cup
: 20 mm
V. Pembahasan
Pada percobaan stretching ini, material yang dipakai adalah aluminium dan baja dengan menggunakan pelumas plastik dan diameter blank 80 mm. Persiapan sampel yang dilakukan adalah memotong sample Al dan baja berbentuk bulat dimana diameternya sesuai dengan ukuran yang telah ditetapkan, yakni 100 mm. Diameter punch punch yang dipakai oleh kelompok kami yaitu 40 mm. sebelum dilakukan proses stretching , sampel dilapisi dengan plastik telebih dahulu pada kedua sisi permukaannya. permukaannya. Berdasarkan hasil praktikum yang dilakukan oleh kelompok kami, kami mendapatkan perbedaan bentuk fisik antara sampel Al dengan sampel baja saat dilakukan proses pengerjaan simulatif stretching simulatif stretching dengan blank pressure yang sama yaitu 4 ton. Pada sampel Al, kami mendapatkan hasil yang tidak sempurna, yaitu, sampel kami (kelompok 9) robek atau terbelah pada bagian atas samping cup yang seharusnya membentuk suatu dome. dome. Hal ini dikarenakan kemungkinan
terjadi aliran logam pada sampel, bukan penipisan. Padahal seharusnya pada proses stretching proses stretching yang yang terjadi adalah penipisan tebal bukan aliran logam atau aliran material. Akan tetapi karena mesin uji yang digunakan sama dengan mesin uji deep drawing , maka kemungkinan kesalahan ini dapat terjadi. Hal ini berpengaruh karena mesin uji deep drawing dirancang untuk material mengalami aliran material atau aliran logam bukan penipisan, sehingga desain tekanan jepit yang diberikan oleh alat uji juga dirancang sedemikian rupa agar tetap terjadi aliran material. Pada percobaan tekanan yang diberikan ialah tekanan maksimal dari mesin uji ini, yaitu 4 ton. Tekanan 4 ton ini dimaksudkan agar tidak terjadi aliran material atau aliran material yang terjadi kecil. Kondisi ini dianggap oleh asisten dan praktikan sudah memenuhi kondisi dimana logam tidak mengalami aliran material. Hal ini juga dibuktikan dengan hasil stretching sampel baja kelompok kami dimana sampel kami membentuk suatu cekungan sempurna tanpa adanya perobekan. Ini menunjukkan aliran material yang terjadi pada sampel baja dan sekaligus sekali gus membuktikan percobaan deep drawing bahwa drawing bahwa sampel baja kami memiliki LDR dengan diameter blank sebesar 80 mm. Pada diameter blank 80 blank 80 mm, sampel baja kami dapat membentuk cekungan tanpa penipisan atau perobekan. Bahkan sampel kami menempel pada cetakan dan sulit untuk dilepaskan.
Gambar 2.9. Sampel hasil Al (kiri) dan Fe (kanan) hasil uji stretching uji stretching
Jika dilihat dari proses terjadinya regangan, sampel Al kami tidak mengalami regangan yang merata ke segala arah. Hal ini menyebabkan sampel kami menjadi sobek dibagian sampingnya. Sedangkan pada baja terjadi regangan yang sama ke segala arah sehingga material dapat membentuk dome membentuk dome saat di kenakan beban oleh punch tanpa terjadi robek pada daerah regang.
Kemampuan suatu lembaran untuk dibentuk melalui proses ini ditentukan oleh regangan maksimum yang masih dapat diterima bahan sebelum
mengalami
perobekan
atau
penciutan.
Besarnya
regangan
maksimum ini sangat dipengaruhi oleh nilai n (koefesien strain hardening ). ). Peningkatan nilai n akan memperbesar nilai regangan maksimum yang dapat dicapai. Sedangkan peningkatan nilai R anisotropi akan menurunkan regangan maksimum tersebut. Ukuran lain yang dipakai untuk menunjukan mampu rentang lembaran ialah ketinggian kubah yang dapat dihasilkan. Besaran ini juga dipengaruhi oleh nilai n. Peningkatan n ini diasosiasikan dengan kemampuan lembaran untuk mendistribusikan regangan secara uniform, uniform, sehingga mencegah terjadinya pemusatan regangan yang tinggi pada titik tertentu. Pada praktikum ini, yang kita dapatkan pada hasil percobaan sesuai dengan teori yang ada. Berdasarkan teori, semakin besar nilai n, maka kemampuan bahan untuk mengalami stretching semakin besar dan tinggi dome yang dihasilkan akan semakin tinggi. Berdasarkan percobaan yang dilakukan, material baja yang memiliki nilai n lebih besar, lebih mampu untuk di- stretching dibandingkan dengan material Al yang memiliki nilai n lebih besar (nilai n baja = 0,21 dan nilai n Al alloy = 0,17). Pelumas adalah plastik, yang berbentuk lembaran, yang dilapisi di antara dua benda bergerak untuk mengurangi gaya gesek. Pelumas berfungsi sebagai
lapisan
pelindung
yang
memisahkan
dua
permukaan
yang
berhubungan. Kami melakukan perbandingan antara hasil stretching kelompok kami dengan kelompok 1 dan 17, dimana kelompok kami menggunakan pelumas jenis plastik, kelompok 17 tak menggunakan pelumas, lalu kelompok 1 menggunakan pelumas minyak. Dengan pelumas minyak, kami mendapatkan kedalaman stretching untuk sampel Al dan baja sebesar 16,25 mm dan 25,5 mm, sedangkan dengan pelumas minyak didapat kedalaman stretching kedalaman stretching untuk untuk sampel Al dan baja sebesar 16,65 mm dan 26,25 mm, dan tanpa pelumas didapatkan kedalaman stretching untuk Al dan baja adalah 16,5 mm dan 25,2 mm.
Jika dilihat dari data yang kita dapatkan, kedalaman dari hasil stretching ketika menggunakan pelumas plastik, pelumas oli, dan tanpa pelumas banyak yang berbeda – beda dan sulit bagi kita untuk menemukan mana yang paling baik untuk digunakan, namun secara teori, seharusnya material dengan pelumas memiliki hasil lebih baik daripada yang tak memakai pelumas, tidak sesuai dengan yang kita dapatkan hasilnya. Lalu dengan memakai pelumas sekalipun, seharusnya material dengan pelumas oli lebih bagus juga jika dibanding dengan pelumas padat (plastik), hasil ini sesuai dengan hasil yang kami dapat dan bandingkan (karena pelumas cair lebih dapat mengisi seluruh bagian permukaan). Hasil yang menyimpang (antara pelumas plastik dan tak t ak berpelumas) ini mungkin disebabkan oleh pemakaian alat yang tidak dibersihkan sebelumnya, karena memungkinkan untuk masih adanya tersisa bekas pelumas sebelum dipakai oleh kelompok yang bersangkutan, ataupun dikarenakan kita tidak menunggu hingga pemberian beban benar – benar selesai dengan sendirinya (dikarenakan keterbatasan waktu).
Aplikasi Produk Stretching
Produk Setengah Jadi: Produk setengah jadi dari proses stretching masih berupa cup dan akan diproses lebih lanjut untuk membentuk produk jadi.
Gambar 2.10. Produk setengah jadi hasil stretching hasil stretching
Produk Jadi: Hasil produk jadi proses stretching umumnya digunakan sebagai body kendaraan transportasi, seperti kapal, kereta, dan mobil.
jadi stretching Gambar 2.11. Produk jadi stretching
VI. Kritik dan Saran
Kritik dan saran yang dapat saya berikan untuk praktikum pembentukan logam ke depannya antara lain:
Menggunakan material yang lebih beragam agar pengetahuan praktikan maupun asisten lebih diperkaya dengan sifat dan perilaku logam-logam lainnya.
Adanya variabel lain yang bisa memungkinkan untuk material kita lihat perbedaannya misalkan dengan bahan pelumas pelumas lain.
VII. Referensi
Dieter, G.E., Mechanical G.E., Mechanical Metallurgy, Metallurgy, Mc Graw Hill, 1988 Edwards, L. and Endean, M., Manufacturing with Materials, Materials, Butterworth Heinemann, 1990 Hosford, William F dan Robert M Caddel. Metal Forming Mechanics and Metallurgy, Metallurgy, Prentice Hall, 1983 Callister, Jr., William D. Materials Science and Engineering : An Introduction, John Wiley & Sons Inc, 2007 http://www.echoindustries.net/ http://www.world-trades.com http://www.seekpart.com http://www.fsls.en.alibaba.com
