WIRE DRAWING-PROSES PENARIKAN KAWAT
Definisi wire drawing Proses wire drawing, penarikan kawat merupakan suatu proses pembentukan logam dengan cara menarik wire rod, kawat batangan, melalui dies atau cetakan oleh gaya tarik yang bekerja pada bagian luar dan ditarik ditari k ke arah luar dies, di es, cetakan. Terjadi Terjadiny nya a aliran plastis pada pembentukan ini disebabkan oleh adanya gaya tekan yang timbul sebagai reaksi dari logam terhadap cetakan.
PROSES PENARIKAN KAWAT
Tujuan
tujuan utama dari penarikan kawat adalah untuk mengecilkan diameter batang kawat, wire rod. Batang kawat berdiameter D 0 direduksi dengan memberi gaya tarik melalui cetakan menjadi kawat berdiameter Df . sehingga terjadi reduksi area atau pengurangan luas penampang
•
•
Reduksi setiap tahap wire drawing tidak lebih dari 20 % dengan alasan : Karena apabila reduksi penampang proses wire drawing melebihi 20 %, maka gaya penarikan yang dibutuhkan menjadi sangat besar yang mengakibatkan tagangan yang bekerja pada material tinggi. Apabila tegangan yang bekerja melebihi tegangan maksimum yang dapat ditahan oleh material, material tersebut akan putus atau proses wire drawing gagal.
Wire drawing adalah proses cold forming disebut cold drawing Proses penarikan kawat umumnya dilakukan pada temperatur rendah atau temperatur ruang. Sehingga pembentukan ini disebut sebagai cold drawing. Pada proses penarikan terjadi deformasi yang cukup besar, sehingga sering terjadi peningkatan temperatur yang relatif besar. Dengan demikian pada proses penarikan kawat digunakan pelumas yang mampu mengurangi dan tahan terhadap pengaruh panas yang timbul akibat gesekan.
Selain itu pelumas juga berfungsi sebagai media pendingin. Air merupakan media pendingin yang biasa digunakan untuk mengurangi efek panas yang ditimbulkan selama proses deformasi. Skematika cetakan untuk wire drawing di tunjukkan pada gambar berikut.
Sudut reduksi adalah bagian dari cetakan dimana terjadi reduksi diameter. Sudut reduksi ini merupakan variabel dies yang sangat penting dalam proses wire drawing. Pada daerah bantalan (bearing) tidak terjadi reduksi diameter, namun menambah gesekan pada permukaan kawat. Fungsi utama daerah permukaan bantalan adalah untuk memastikan diameter dan roundness kawat sesuai dengan targetnya. Tirus belakang (back relief) pada dies memungkinkan kawat untuk mengembang sedikit, setelah kawat keluar dari cetakan.
Analisis penarikan : •
Dalam operasi penarikan, perubahan ukuran benda kerja biasanya dinyatakan sebagai reduksi luasan (area reduction), yang didefinisikan sebagai berikut :
r =
A 0 − A f A0
dimana : r = reduksi luasan dalam penarikan; A0 = luas penampang awal benda kerja, in2 (mm2) ; Af = luas penampang akhir benda kerja, in 2 (mm2)
•
Dalam penarikan batang, dan dalam penarikan kabel dengan diameter besar untuk peng-upset-tan dan operasi pembentukan kepala, istilah draft digunakan untuk menyatakan perbedaan ukuran sebelum dan sesudah penarikan. Jadi draft adalah perbedaan antara diameter awal dan diameter akhir benda kerja.
d = D 0 - D f •
•
•
dimana : d = draft , in (mm); D0 = diameter awal benda kerja, in (mm) ; Df = diameter akhir benda kerja, in (mm).
Bila dianggap tidak ada gesekan atau pekerjaan/pengerjaan lain yang terjadi selama penarikan, maka regangan sesungguhnya (true strain), dapat ditentukan sebagai berikut :
∈= ln
dimana :
∈
=
A0 A f
= ln
1 1 − r
regangan sesungguhnya.
Tegangan yang dihasilkan dari deformasi ideal ini dapat dinyatakan dengan :
σ = Yf ∈= Yf ln dimana :
A0 A f
σ = tegangan yang dihasilkan dari deformasi ideal, lb/in2 (MPa); Yf = tegangan regang rata-rata, lb/in2 (MPa).
Sebagai tambahan variabel yang lain (selain A0/Af ) yang juga mempengaruhi besarnya tegangan adalah sudut cetakan (die angle) dan koefisien gesekan antarmuka bendakerja dan cetakan. Metode yang dapat digunakan untuk memprediksi tegangan penarikan tersebut adalah persamaan yang disarankan oleh Schey :
A0 μ φ.ln σ d = Yf 1 + A f tgα dimana : σ d = tegangan penarikan (draw stress), lb/in2 (MPa); µ = koefisien gesek antara cetakan dan benda kerja ; α = sudut cetakan (die angle), derajat; φ = faktor yang menyatakan ketidak homoginan deformasi
Faktor ketidakhomoginan deformasi untuk penampang bulat dapat dinyatakan dengan :
φ = 0,88 + 0,12
D Lc
dimana : D = diameter rata-rata benda kerja selama penarikan, in (mm);
Lc = panjang kontak (contact length) bendakerja dengan cetakan, in (mm).
Harga D dan Lc dapat ditentukan dari persamaan berikut ini.
D=
D 0 + D f 2
dan
Lc =
D 0 − D f 2sinα
Perhitungan Gaya dan Daya Gaya yang bekerja pada proses penarikan ini adalah luas penampang benda kerja yang ditarik dikalikan dengan tegangan penarikan (draw stress) : A0 μ F = A f σ d = A f Y f 1 + φ.ln A f tanα −
dimana :
F = gaya penarikan (draw force), lb (N).
Daya yang diperlukan dalam operasi penarikan ini adalah gaya penarikan dikalikan dengan kecepatan keluar benda kerja.
Contoh soal Kawat ditarik melalui suatu cetakan dengan sudut masuk = 15O. Diameter awal 0,100 in dan diameter akhir 0,080 in. Koefisien gesek pada antar muka cetakan benda kerja = 0,07. Logam memiliki koefisien kekuatan K = 30.000 lb/in2 dan eksponen pengerasan regang n = 0,20. Tentukan kekuatan penarikan dan gaya penarikan dalam operasi ini.
D= Lc =
D 0 + D f
=
2 D 0 − D f
=
2sinα
φ = 0,88 + 0,12
A0 = A f
=
πD 0
2
4 2 πD f 4
0,100 + 0,080 2 0,100 − 0,080 2sin15
D L
=
0
= 0,0386 in
0,88 + 0,12
c
π.(0,100)
= 0,090 in
0,090 0,0386
2
= =
4 2 π.(0,080 ) 4
= 0,00786 in =
2
0,00503 in
2
=
1,16
∈= ln
A0 A f
=
0,00786 0,00503
= 0,446
(0,446) ∈ = (30.000) = 21.275 lb 2 Y f = K in 1+ n 1 + 20 −
20
n
A0 0,07 μ ( ) (1,16 )(. 0,446 ) = 13.882 lb 2 = 21.275 1 + σ d = Y f 1 + φ.ln 0 in A f tanα tan15 −
F = σ d .A f
=
(13.882 )(. 0,00503) = 70 lb
ketentuan •
Ketentuan di atas digunakan untuk reduksi maksimum teoritis dalam satu tahap penarikan (single draw), dengan mengabaikan : –
–
•
Pengaruh gaya gesekan dan gaya-gaya yang lain, dimana hal tersebut dapat mengurangi reduksi maksimum yang mungkin dilakukan; Pengerasan regang, yang dapat meningkatkan reduksi maksimum yang mungkin dilakukan karena kawat hasil penarikan lebih kuat daripada logam awalnya.
Dalam praktik biasanya dilakukan di bawah nilai reduksi maksimum teoritis di atas, biasanya sekitar 0,5 untuk penarikan batang dengan pengecilan satu tahap (single draft) dan sekitar 0,3 untuk penarikan kawat dengan pengecilan berulang-ulang (multiple draft).
