BAB 2 Mechanical Behavior, Testing, And Manufacturing Properties of Materials
2.1 Introduction 2.2 Tension (Uji Tarik)
Pada uji tarik dapat ditemukan kekuatan, keuletan, dan ketangguhan dari suatu material. Spesimen biasanya mengikuti standar ASTM, dengan gage length 50 mm dan diameter 12,5 mm yang pada ujungnya dibuat berulir atau dilubangi. Pada kurva uji tarik yang sudah kita pelajari pada praktikum Matrek terdapat daerah2 yang menggambarkan sifat dari specimen yaitu darah elastis dan plastis. Maka didapatkan Engineering Stress : σ = P / A 0
dan Engineering Strain : e = l – l0 / l0
Nilai Modulus Elastisitas , yield strength, UTS, dan elongation dapat dicari pada table 2.1 untuk baja2 dan non-baja yang umum. Dan biasanya yield strength didapat dari garis offset 0,002 %. Modulus Elastisitas : E = σ / e Keuletan didapat dengan parameter : Elongation = ( lf - l0 / l0 ) x 100 dan Reduction of Area = (A0 – Af / A0) x 100 Pada kenyataannya ada yang disebut True Stress dan True Strain yaitu True Stress : σ = P / A atau σ = K εn
dan
True Strain : ε = ln ( l / l0 )
dengan P adalah beban yang diberikan.
2.3 Compression (Uji Tekan)
Uji tekan berkebalikan dengan uji tarik, yaitu diameter akhirnya menjadi lebih besar. Tetapi suatu material memiliki batas tekanan, sehingga jika berlebihan akan mengalami patah, retak atau fracture. Biasanya uji dilakukan pada piringan silinder, maka didapatkan tensile stress , σ = 2P / πdt
dengan P adalah beban yang diberikan d adalah diameter piringan dan t adalah tebal piringan
2.4 Torsion (Uji Puntir)
Dari uji punter didapatkan parameter Shear Stress dan Shear Strain, yaitu Shear Stress : τ = T / 2πr 2t
dan
Shear Strain : γ = r ф / l
denga dengann T ada adala lahh tor torsi si yang yang dibe diberi rika kann r adalah jari-jari rata2 dari pipa specimen t adalah tebal pipa ф adalah derajat pemuntiran l adalah panjang gege length atau panjang daerah yang terpuntir Sehingga didapat Modulus Geser , G = τ / γ atau disebut juga modulus of rigidity.
2.5 Bending ( Uji Bending / Flexure )
2.3 Compression (Uji Tekan)
Uji tekan berkebalikan dengan uji tarik, yaitu diameter akhirnya menjadi lebih besar. Tetapi suatu material memiliki batas tekanan, sehingga jika berlebihan akan mengalami patah, retak atau fracture. Biasanya uji dilakukan pada piringan silinder, maka didapatkan tensile stress , σ = 2P / πdt
dengan P adalah beban yang diberikan d adalah diameter piringan dan t adalah tebal piringan
2.4 Torsion (Uji Puntir)
Dari uji punter didapatkan parameter Shear Stress dan Shear Strain, yaitu Shear Stress : τ = T / 2πr 2t
dan
Shear Strain : γ = r ф / l
denga dengann T ada adala lahh tor torsi si yang yang dibe diberi rika kann r adalah jari-jari rata2 dari pipa specimen t adalah tebal pipa ф adalah derajat pemuntiran l adalah panjang gege length atau panjang daerah yang terpuntir Sehingga didapat Modulus Geser , G = τ / γ atau disebut juga modulus of rigidity.
2.5 Bending ( Uji Bending / Flexure )
Pada uji bending sulit dilakukan untuk spesimen bermaterial getas seperti keramik dan karbida. Beban yang diberikan tegak lurus (vertical) dengan specimen di satu atau dua titik, sehingga ada 2 metode bending test, yaitu three-point bending dan four-point bending. Penurunan rumus telah dipelajari pada mata kuliah MKM dan praktikum Matrek. Kegagalan pada pemberian tegangan di uji bending disebut modulus of rupture.
2.6 KEKERASAN Harga kekerasan material
adalah nilai ketahanan suatu material terhadap deformasi plastis
baik terhadap penekanan oleh beban statis s tatis maupun dinamis, goresan, ataupun dari proses pemesinan,seperti milling maupun bubut.
Harga kekerasan suatu material perlu diketahui agar: •
Dapat mengetahui kualitas dari material tersebut
•
Dapat dijadikan informasi lebih lanjut lanjut untuk melakukan melakukan suatu proses perancangan maupun pemesinan yang cocok terhadap benda tersebut.
•
Dapat dibandingkan dengan harga kekerasan material yang lain bila diperlukan proses pembuatan yang membutuhkan dua material yang berbeda. ber beda.
•
Dapat mengetahui hubungan antara uji keras dengan sifat material yang lain, lain, misalnya tensile strength
Tidak semua jenis material dapat dikenakan uji keras,biasa yang dipakai adalah barabg yang terbuat dari logam saja.
Maka dari itu ada beberapa syarat yang harus ada benda yang akan diuji kekerasannya,hal tersebut adalah :
Ketebalan pemotongan harus sesuai dengan ketebalan material
Permukaan ujin harus datar
Permukaan uji harus bersih dari lapisan-lapisan lain yang mungkin mempengaruhi kekerasan material
Permukaan material dan benda penguji (indenter)diusahakan membentuk bidang tegak lurus
Beban penguji harus memiliki harga kekerasan yang lebih besar dari material yang ingin diuji agar tidak terjadi deformasi plastis pada benda penguji.
Ukuran benda penguji harus lebih kecil daripada material yang diuji agar tidak terjadi perubahan lain dari material,misalnya pembengkokan.
Pengujian dilakukan beberapa kali di beberapa tempat agar nilainya lebih mewakili dari seluruh permukaan.
Pengujian yang dilakukan pada benda biasa tergantung kekerasan yang ada,dan secara umum,kekerasan pada benda dibagi menjadi 3 jenis : 1. Kekerasan goresan(scratch hardness)
Prinsip umum scrath harndness adalah penggesekkan dua buah benda.Jika salah satunya membekas,berarti benda tersebut dianggap lebih lunak. Pada scrath hardness benda yang akan diukur adalah benda yang lebih lunak,dan yang lebih keras adalah standar mineral yang sudh ditetapkan nilai kekerasaanya,yang disebut juga skala Mohs. Skala Mohs berkisar antar 1 dan 10. Kekerasan goresan tidak umum dilakukan,apalagi untuk logam,karena pada interval skala yang tinggi,nilainya kurang akurat.Hal ini disebabkan jarum penggores yang terbuat dari intan tersebut hanya untuk beban yang nilainya terbatas,tidak terlalu keras.
Oleh karena itu,biasa kekerasan goresan hanya dilakukan pada pengujian kekerasan pada mineral.Mineral yang paling lunak pada skala ini adalah kapur/talk,yaitu kekerasan goresannya 1.Sedang untuk mineral yang paling keras adalah intan,yang mempunyai kekerasan goresan 10.Beberapa mineral dan harga kekerasannya : 1 = Talk / gips
6 = Orthoclase ( feldspar )
2 = Gypsum
7 = Quartz
3 = Calcite
8 = Topaz
4 = Fluorite
9 = Corundum
5 = Apatite
10 = Intan
2.Kekerasan Dinamik (dynamic hardness)
Prinsip umum pengerjaan kekerasan dinamik adalah penumbuk (indentor) dijatuhkan ke permukaan benda uji.Dan tinggi pantulan dan tinggi lekukannya dijadikan acuan untuk diukur kekerasannya. Alat pengukurannya dinamakan Skeleroskop shore(shore sceleroskop).
3.Kekerasan Lekukan (indentation hardness)
Prinsip umum uj kekerasan lekukan adalah dengan meneka benda uji dengan sutu indentor,lalu dicari nilai kekerasannya. Untuk menguji kekerasan lekukan terdapat beberapa cara,antara lain : •
Uji Keras Brinell
Merupakan pembentukan lekukan(yang berbentuk tembereng)pada permukaan logam dengan memakai bola baja sebagai indentor.
Ukuran standar dipakai bola baja dengan diameter 10mm dan pembebanannya 3000 kg.Tetapi untuk benda yang lebih lunak dipakai pembebanan 500 kg untuk menghindari jejak yang dalam.Dan untuk bahan yang sangat keras dipakai indentor berupa karbida tungsten. Cara kerjanya,benda ditekan dngan indentor selama kurang lebih 20 detik dan setelah terbentuk lekukan pada bahan lalu diukur kedalamannya dengan menggunakan mikoskop ultra. Permukaan benda yang diukur harus bersih dari debu ataupun kerak,maka biasa pengrjaannya didahulukan oleh proses proses pengamplasan untuk menghilangkan karat pada benda. Angka Kekerasan Brinell (BHN) adalah beban(P)dibagi dengan luas permukaan lekukan. BHN =
P
= P
(п D / 2) ( D - √ D2 – d2 ) п D t dimana: P
: beban yang diterapkan (Kg)
D
: diameter bola (mm)
d
: diameter lekukan (mm)
t
: kedalaman jejak (mm)
Keuntungan: Tidak
dipengaruhi oleh oleh permukaan material yang kasar
Karena
bekas penekanannya cukup besar,sehingga dapat menyeragamkan
keheterogenan fasa material pada pengujian. Kerugian :
•
Tidak
dapat dikenakan pada benda yang tipis dan permukaan
yang kecil
Tidak
berlaku untuk material yang sangat lunak maupun sangat keras.
Uji Keras Meyer
Prinsip umum uji keras meyer sebenarnya tidak jauh beda dengan Brinell yang juga ditekan dengan mnggunakan bola baja.Tetapi dalam perhitungannya,dalam uji keras meyer yang dihitung adalah luas proyeksinya yang berbentuk lingkaran. Pm =
P = P
пr 2
пd 2
dimana: P
: beban yang diterapkan (Kg)
r
: jari-jari proyeksi jejak (mm)
Keuntungan ;
Lebih stabil,harga kekerasan tidak tergantung pada besarnya
beban
Kerugian :
Jika beban yang diberikan terlalu kecil,maka deformasi
material
daerah sekitar penekanan tidak sepenuhnya plastis,sehingga hasil pengukuran kurang valid.
•
Uji Keras Rockwell
Uji keras ini yang paling banyak digunakan karena sifat-sifatnya: cepat dan bebas dari kesalahan manusia.Karena pad pengujian ini benda ditekan dua kali.Penekanan pertama kali dinamakan penenekanan mayor,yaitu diberi beban 10 kg.Penekanan ini biasa dilakukan untuk mencegah pemukaan benda yang
kotor.Penekanan kedua ,penekanan minor baru disesuaikan dengan benda bersangkutan. Metode Rockwell dibagi menjadi beberapa skala karena pada uji Rockwell yang diperhatikan adalah kedalaman yang timbul akibat pembebanan indentor.Setiap material pasti mempunyai ketahanan yang berbeda-beda terhadap beban,untuk itu diperlukan beberapa beban (indentor) yang dapat menyesuaikan dengan jenis material yang bermacam-macam tersebut. Pembagiannya : •
Rocwell A Berupa penetrator intan dengan pembebanan 60
kg.Digunakan untuk
jenis logam yang sangat keras. •
Rockwell B Berupa indentor bola baja dengan D=1,6 mm dan
kg,biasa digunakan untuk logam•
pembebanan 100
logam yang lunak.
Rockwell C Berupa indentor intan dengan pembebanan 150 kg.Biasa
untuk logam-
logam keras akibat pemanasan. Cara kerjanya adalah benda uji ditempatkan pada ragum.Lalu dilakukan penekanan Mayor dan Minor dan secara otomatis kedalaman lekukan akan terekan pada gage peenunjuk. Keuntungan :
Mempunyai beberapa macam ukuran(standar) sehingga
dapat
dikenakan pada banyak jenis material
Ukuran penekanan relative kecil,sehingga mempunyai
tinggi
Cepat dalam pendapatan hasil
Kerugian :
ketelitian yang
Karena banyaknya variasi pada penetrator,maka harus
kombinasi mana yang paling sesuai untuk
diperhatikan
beban tertentu.
Jika tingkat kekerasan alat dengan material terlalu berbeda jauh,dapat merusak sensifitas alat
•
Uji Keras Vickers(uji keras piramida intan)
Uji kekerasan Vickers menggunakan penumbuk piramida intan yang dasarnya berbtuk bujur sangkar.Besar sudut antara permukaan-permukaan pyramid yang saling berhadapan adalah 136˚.Sudut ini dipilih karena nilai tersebut mendekati sebagian besar nilai perbandingan yang diinginkan. Angka kekerasan Vickers(VHN) adalah beban dibagi dengan pengukuran mikroskopik dari panjang diagonal jejak. VHN = 2 P sin (Ө / 2) = 1.854 P L2
L2
dimana: P
: beban yang diterapkan (Kg)
L
: panjang diagonal rata-rata(mm)
θ
: sudut antara permukaan intan yang berlawanan (136o
Keuntungan:
Penetratos terbuat dari bahan yang cukup
dimungkinkan dilakukan untuk
keras,sehingga berbagai jenis logam.
Dapat dilakukan untuk benda-benda dengan
ketebalan
yang sangat tipis,sampai 0,006 inci Kerugian :
Proses penekanan berlangsung lebih lama,jadi
dilakukan secara hati-hati
harus
Micro hardness
Berbeda dengan uji lekukan brinell yang mengukur kekerasan pada banyak fasa, micro hardness test menghitung kekerasan pada satu fasa material. Untuk itu maka indentorindentor yang digunakan memiliki ujung yang sangat kecil. Selain itu pengukuran micro hardness juga bermanfaat untuk permukaaun benda yang sempit dan ketebalan yang tipis. micro hardness terdiri dari du macam uji, yakni dengan metoda Vickers dan metoda Knoop.
Metoda Vickers
Mirip dengan metoda Vickers yang telah dijelaskan di atas namun Vickers untuk micro hardness test menggunakan beban yang lebih kecil.
Metoda Knoop
Penumbuk knoop adalah intan kasar yang dibentuk menjadi piramidasedmikian hingga dihasilkan lekukan bentuk intan dengan perbandingan diagonal panjang dan pendek adalah 7 : 1. Bentuk penumbuk Knoop khusus memberikan kemungkinan membuat lekukan yang lebih rapat dibandingkan lekukan Vickers dan ukuran kedalaman kekuatan knoop kirakira hanya 15% dari luas lekukan Vickers. Kekerasan Knoop dapat dirumuskan: KHN = P_ = Ap
P_ L2C
dimana: P
: beban yang diterapkan (Kg)
L
: panjang diagonal yang lebih panjang (mm)
A p
: luas proyeksi lekukan yamg tidak pulih ke bentuk semula (mm2)
C
: konstanta untuk setiap penumbuk (biasa ditentukan oleh pabrik pembuat)
2.7 FATIGUE
Beberapa jenis komponen dalam operasi manufaktur, seperti tools, dies, gears, cams, shafts, dan spring mengalami beban yang berfluktuasi dalam beban statisnya. Uji lelah dilakukan dengan memberikan beban yang berubah – ubah pada spesimen yang ingin diuji, biasanya kombinasi dari beban tarik dan beban torsi. uji ini akan memperlihatkan bagaiman perubahan tegangan amplitudo dengan banyaknya putaran. Tegangan amplitudo adalah tegangan makasimum dari kombinasi tarik dan tekan. Pada kebanyakan logam, khususnya baja, nenpunyai batas lelahnya sedangkan aluminium tidak. Pada logam biasanya batas lelahnya berasa pada 107 putaran. 2.8 CREEP
Creep adalah elongasi permanen dari komponen pada beban statis untuk beberapa waktu. creep adalah fenomena yang terjadi pada logam dan juga terjadi pada material non logam. Contohnya, creep terjadi pada beban konstan pada temperatur kamar. Untuk logam paduan, creep terjadi pada temperatur 2000 C untuk aluminum paduan terjadi pada 15000 C. 2.9 IMPACT
Pengujian impak dilakukan untuk mendapatkan data keuletan material atau ketangguhan daerah lasan. Spesimen yang diberi takikan menerima beban secara tiba-tiba. Energi untuk mematahkan spesimen diukur berdasrkan perbedan energi potensial dari bandul pemukul pada saat sebelum dan sesudah memukul spesimen. Bila pengujian impak dilakukan pada beberapa sample untuk satu jelajah temperatur maka akan diperoleh data energi untuk mematahkan spesimen sebagai fungsi dari temperatur. Alat bantu yang digunakan untuk mengetahui getas atau uletnya suatu material adalah temperatur transisi. Temperatur transisi material menggambarkan perubahan sifat material akibat penambahan maupun penurunan temperatur. Hal ini akan dijadikan referensi untuk memilih bahan dalam suatu perencanaan prosduksi.
Material yang temperaturnya berada di bawah temperatur transisi berarti bersifat getas sebaliknya jika temperatur berada di atas temperatur transisi maka material bersifat ulet. Temperatur transisi dapat ditentukan dalam beberapa cara : 1. Metode FATT Ditentukan dengan mengamati permukaan patahan setelah dilakukan pengujian impak pada berbagai temperatur. Dengan mengukur luar daerah fibrous atau cleavage pada permukaan patahan maka temperatur transisi dapat ditentukan. Persentase dari metode ini adalah 50% getas dan 50% ulet. 2. Metode FTP ( fracture transition plastic) Ditentukan dengan melihat kondisi yang sangat ulet pada material benda kerja 100% ulet dan 0% getas. Kemungkinan untuk patah getas diabaikan jika di atas FTP. 3. Metode NDT (nil ductility temperature) Ditentukan dengan melihat kondisi yang sangat getas pada material benda kerja 100% getas dan 0% ulet. Kemungkinan untuk patah ulet diabaikan jika di bawah NDT. 2.10 FAILURE DAN FRACTURE MATERIAL Failure adalah salah satu aspek yang penting dalam material karena merupakan salah satu yang mempengaruhi dalam memilih material. Patahan terbagi atas 2 tipe yaitu 2.10.1 PATAHAN ULET Patahan ulet merupakan karakteristik dari deformasi plastis. 2. 10.2 PATAHAN GETAS Patahan getas merupakan patahan yang tidak mengalami deformasi plastis.
Bab 3 Physical properties of materials -densitas Densitas adalah jumlah massa per satuan volume suatu material. reduksi massa sangat diperlukan dalam industri pesawat terbang, otomotif, dan produk lain yang mengutamakan konsumsi energi dan keterbatasan daya dalam desain. Sehingga diperlukan suatu material dengan densitas rendah namun memiliki kekuatan yang tinggi. Di lain pihak, ada juga aplikasi yang membutuhkan massa yang besar. Contohnya mekanisme penyeimbang seperti bandul. -titik leleh Titik leleh suatu metal bergantung pada energi yang dibutuhkan untuk memisahkan atom-atomnya. Karena temperatur rekristalisasi suatu metal berhubungan dengan titik lelehnya, maka proses seperti anneling, heat treating, dan hot working membutuhkan pengetahuan tentang titik leleh logam yang akan di proses. Pengetahuan tentang titik leleh juga dibutuhkan untuk mengecor suatu logam. -panas spesifik Panas spesifik adalah energi yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur suatu satuan massa sebesar satu derajat. Kenaikkan temperatur pada benda kerja
dapat mengurangi kualitas produk tersebut, sehingga panas spesifik perlu dipertimbangkan dalam proses pemesinan. -konduktivitas termal Konduktivitas termal mengindikasikan laju aliran panas yang melalui suatu material. saat panas dihasilkan akibat deformasi plastik atau gesekan, maka panas tersebut harus dialirkan dengan laju yang cukup tinggi untuk menghindari kenaikkan temperatur yang merusak. -ekspansi termal Ekspansi termal suatu material dapat menghasilkan berbagai efek. Pada umumnya, koefisien ekspansi termal berbanding terbalik dengan titik leleh. Salah satu efek ekspansi termal adalah thermal stress. Thermal stress mengarah kepada crack yang mengarah kepada kegagalan. Efek lain ekspansi termal adalah thermal fatigue, thermal shock, dll. -ketahanan korosi Logam,keramik, dan plastik terpengaruh terhadap korosi. Ketahanan korosi merupakan aspek penting dalam memilih material untuk aplikasi dalam industri kimia, makanan, dan perminyakan. Korosi dapat menyerang seluruh permukaan, bisa juga terlokalisasi, seperti pitting.
BAB 4 Metal Alloys and Strengthening by Heat Treatment Iron-carbon System Alloying element
Pure metal
Ferrous, cast iron
alloy s Nonferrous , stainless Phase diagram Microstructure Solids (SS) Solution Substitutional SS Interstitial SS Intermetallics
Heat treatment
Heat treatment
Quenching, annealing, tempering, normalixing, etc
Solution treatment, precipitation hadening, aging, etc
Struktur Paduan
Logam murni ( logam yang semua jenis atomnya sama) difunkan untuk berbagai tujuan secara komersil seperti : aluminimum untuk foil, tembaga untuk konduktor elektrik, nikel dan kromium untuk platting, dan emas untuk kontak elektrik.Suatu paduan terdiri dari dua atau lebih elemn kimia. Alloying terdiri dari dua bentuk dasar : solid solutions, intermetallic compounds. Solids solution
Terdiri atas 2 bagian, Solute : sebagai elamen minor (mis :garam atau gula), Solvent : sebagai elemen mayor ( mis : air) Substitutional SS apabila ukuran dari atom solute hamper sama dengan ukuran atom solvent. Contohnya kuningan, paduan dari seng (atom solute) dan
tembega (atom Solvent) Ada dua syarat yang harus dipenuhi untuk Substitutional SS ini : 1. Dua logam tersebut harus memiliki struktur yang sama. 2. Perbedaan antara radius atomnya harus kurand dari 15%. apabila ukuran atom solute jauh lebih kecil dari ukuran atom solvent, contoh : paduan basei dengan karbon. Intersttial SS
Ada dua kondisi yang harus dipenuhi : 1. Atom solvent haarus lebih dari 1 valensi 2. Radius atom dari atom solute haruslah kurang dari 59% dari radius atom dari atom solvent. Intermetallics Compound
Sturktur kompleks yang terdiri dari 2 logam dimana atom solute dicampurkan dengan atom solvent pada proporsi tertentu. Contoh :TI 3Al, Ni3Al, Fe3Al Sistem dua fasa
Kebanyakan aduan tersiri atas dua atu lebih fasa solid dan dapat dianggap sebagai campuran mekanik. Diagram fasa
Diagram fasa menjelaskan hubungan antara perubahan fasa yang terjadi pada suaut material terhadap pengaruh perubahan temperature dan % paduan yang terdapat pada suatu matrial]
Sistem Besi-Karbon
Baja dan besi cor direpresentasikan dengan sistem besi_karbon biner. Besi murni mengandung hingga 0,008% karbon, baja hingga 2,11% karbon dan besi cor 6,67% karbon,walaupun sebagian besar besi cor mengandung kaorbon kurang dari 4,5%
Ferrite α, ksndungsn C maksimum 0,022%
Ferrite Asustenite strukrut FCC dari besi (terbentuk mulai dari temperature 727 oC-1495 o C,kandungan C hingga 2,11%.dalm kristalnya terdapat atom C yang berintersisi
Fe
C
Cementite pada diagram fasa diatas,bagian kanan (6.67% C) tedidri atas 100% Fe3C, bisa juga dibilang karbid.
5.1 INTRODUCTION Ferrous metal dan Paduannya termasuk logam sangat berguna dibanding logam yang lain. Ferrous metal dan paduannya mengandung besi sebagai logam dasar, secara umum dikategorikan : carbon and alloy steel, stainless steel, tool and die steels, cast irons, and cast steel. Ferrous alloys diproduksi dalam bentuk : lembaran baja pada automobile, plate pada boiler, kapal dan jembatan, roda gigi, kabel. 5.2 PRODUKSI BESI DAN BAJA 5.2.1 Raw Material
Tiga material dasar yang digunakan pada pembuatan besi dan baja adalah iron-ore, limestone, and coke. Walaupun tidak ditemukan dalam bentuk di alam, besi merupakan elemen yang berlimpah di dunia. Elemen utama bijih besi adalah taconite, hematite, dan limonite. Setelah ditambang, bijih besi dihancurkan menjadi partikel halus, impurity nya dipindahkan oleh berbagai alat dan bijih dibentuk ke dalam pellet, bola, atau briket dengan menggunakan air dan berbagai bahan pengikat. Pellet mengandung 65% besi murni dengan diameter 25mm. Beberapa biji besi yang kaya digunakan langsung tanpa pelletizing. Kokas dihasilkan dari kualitas khusus dari batu bara muda yang dipanaskan pada vertical ovens hingga temperatur 1150oC lalu didinginkan dengan air di menara quenching. Kokas memiliki beberapa fungsi dalam pembuatan baja, termasuk a). Membangkitkan tingkat panas yang dibutuhkan oleh reaksi kimia pada pembuatan besi. b). Memproduksi karbon monoksida yang digunakan untuk mereduksi oksida besi pada besi. Bahan kimia produk dari kokas digunakanan dalam pembuatan plastik dan senyawa kimia. Gas yang disusun selama konversi dari batu bara menjadi kokas digunakan sebagai bahan bakar pada pembangkit listrik. Fungsi dari limestone adalah untuk memindahkan impurity dari molten metal. Limestone bereaksi kimia dengan impurity, berperilaku seperti flux yang menyebabkan impurity ikut melebur pada temperatur rendah. Limestone bergabung dengan impurity membentuk slag, mengapung melewati molten metal setelah itu dipindahkan. Dolomite juga digunakan sebagai flux . Slag digunakan dalam pembuatan semen, pupuk, gelas, material bangunan, dan insulasi rock-wool.
5.2.2. Pembuatan Besi Dengan cara blast furnace, tiga raw material diatas dimasukkan ke dalam blast furnace (lihat gambar).
5.2.3 Pembuatan Baja Esensi dari pembuatanbaja adalah pemurnian pig iron dengan cara mengurangi prosentase mangan, silikon, karbon, dan elemen lainnya, serta mengontrol komposisi baja yang dihasilkan dengan penambahan berbagai macam elemen yang dibutuhkan. Proses pembuatan baja adalah logam cair dari blast furnace dimasukkan ke dalam satu dari 3 jenis tungku : open hearth , electric (direct arc, indirect arc, dan induction) atau basic oxygen Tungku vakum adalah variasi dari tungki induksi dengan tanpa ada udara di dalamnya. Karena diproses di dalam ruang vakum, maka baja yang dihasilkan akan terhindar dari impuriti yang berasal dari gas. Iliustrasi Electric Furnace (a. Direct arc, b. Indirect arc, c. Induction)
Basic Oxygen Furnace
5.3 Pengecoran Ingot Setelah proses pembuatan baja didalam tungku selesai, proses selanjutnya dalam pembuatan baja adalah penuangan logam cair ke dalam cetakan agar didapatkan bentuk padat dari logam cair tersebut (Ingot) Ingot merupakan bentuk awal baja sebelum diproses lebih lanjut seperti pengerolan, pengecoran menjadi bentuk setengah jadi atau penempaan Jenis-jenis ingot
Baja ingot berdasarkan pengendalian terbentuknya gas dalam proses pembekuan dibagi menjadi : 1. Killed Steel Baja yang mengalami deoksidasi secara penuh , yaitu oksigen telah diambil dengan cara mereaksikan dengan elemen lain seperti aluminium, silikon, mangan dan vanadium, serta porositas telah dihilangkan. 2. Semi-killed steel Deoksidasi sebagian dan masih terdapat porositas 3. Rimmed steel Mempunyai kadar karbon rendah (kurang pembentukan gas dikontrol secara parsial
dari
0,15%)
dan
5.4 Pengecoran Kontinu
Proses pengecoran kontinu untuk baja. Pada umumnya, logam yang mengalami pembekuan akan turun dengan kecepatan 25 mm/s . Perhatikan tinggi platform adalah sekitar 20 m diatas . Pengecoran kontinu digunakan untuk membentuk baja menjadi bentuk yang diinginkan secara kontinu. Proses ini lebih cepat dan ekonomis dibandingkan dengan proses pembentukan baja dengan membuat ingot terlebih dahulu (Dalam proses ini tidak terjadi lagi pembentukan ingot. Setelah proses pengerolan panas selesai, baja yang dihasilkan akan mengalami proses-proses antara lain:
1. Pembersihan permukaan baja secara kimiawi untuk menghilangkan oksida. 2. Pengerolan dingin untuk meningkatkan kekuatan dan mendapatkan permukaan yang baik 3. Annealing, coating.
6.5 Nickel •
•
•
•
Nikel yang ditemukan pada tahun 1751 merupakan komponen yang seing dipakai dalam campuran alloy. Nikel memberikan kekuatan, ketangguhan, dan ketahanan terhadap korosi. Terdapat paduan alloy yang terdiri dari nikel sebagai komponen utamanya, biasanya disebut superalloys. Paduan ini dgiunakan pada pembangkit listrik tenaga nuklir, mesin jet, dll karena ketahanannya terhadap temperatur tinggi. Karena nikel bersifat magnetik, nikel juga digunakan pada alat-alat elektromagnetik seperti solenoid. Sifat dan beberapa aplikasi dari nikel dan nikel alloy dapat dilihat pada tabel 6.8
6.6 Superalloys •
•
•
Superalloys banyak digunakan pada temperatur tinggi, biasanya pada mesin jet atau turbin blade. Superalloys uga memiliki ketahanan yang baik terhadap korosi, terhadap kegagalan lelah mekanik maupun thermal, mulur, dan erosi. Jenis-jenis superalloys: o
Iron-base
=>mengandung 32% sampai 67% besi, 15-22% krom, 9-38% nikel o
Cobalt-base => Mengandung 35-65% kobalt, 19-30% krom, dan diatas 35% nikel.
o
Nikel-base => Komposisinya dapat dilihat pada tabel 6.9
6.7 Titanium dan titanium alloys •
•
•
•
•
Ditemukan pada tahun 1791, namun baru diproduksi secara komersil pada tahun 1950an. Titanium sangat mahal, namun memiliki ketahanan yang tinggi terhadap korosi pada temperatur kamar. Biasanya digunakan pada mesin jet, pesawat terbang, mobil balap, komponen kapal selam, dll. Material yang biasanya ditambahkan pada paduan alloy titanium adalah alumunium, vanadium, molybdenum, mangase, dll. Pada saat proses pengerjaan paduan titanium, harus dilakukan secara hati-hati. Paduan titanium sangat sensitif pada variasi yang kecil dari paduannya. Misalnya, kita lakukan kontrol kontaminasi hidrogen, oksigen atau nitrogen pada permukaan paduan karena hal ini dapat menyebabkan paduan titanium menjadi getas dan ketangguhannya berkurang.
6.8 Logam dan alloys yang sukar dibentuk
•
•
•
•
•
•
•
•
Yang termasuk adalah molybdenum, niobium, tungsten, dan tantalum. Disebut sukar dibentuk karena memiliki titik cair yang tinggi Molybdenum ditemukan pada abad 18. Memiliki temperatur cair yang tinggi, modulus elastisitas yang tinggi, ketahanan yang baik pada kejutan thermal, dan memiliki konduktivitas thermal dan listrik yang baik. Molybdenum biasanya dipadukan dengan titanium dan zirconium Niobium memiliki kegetasan yang baik dan mudah dibentuk. Niobium pertama kali ditemukan pada tahun 1801. Tungsten pertama ditemukan pada taun 1781. Merupakan logam refractory yang paling melimpah keberadaannya di alam. Tungsten dan paduannya biasa digunakan pada temperatur diatas 1650oc seperti pada bagian mesin jet yang paling panas, elektroda las, dan mesin pada roket. Pada tahun 1802, ditemukan tantalum. Karakteristik dari tantalum: titik cair tinggi (3000 oc), kegetasan baik, dan ketahanan teradap korosi yang mumpuni. Tantalum biasanya digunakan pada kapasitor elektronik.
6.9 Beryllium •
Merupakan besi dengan warna abu-abu.
•
Memiliki kekuatan tinggi.
•
Beryllium murni biasanya digunakan pada nosel roket, struktur missile, disc brake pesawat terbang
6.10 Zirconium •
•
•
Berwarna silver Memiliki kekuatan yang baik, dan ketahanan terhadap korosi yang cukup. Biasanya digunakan pada komponen elektronik
6.11 Paduan dengan titik cair rendah •
Lead
•
Zinc o
Paling digunakan pada industri
o
Biasanya digunakan untuk: - menggalvanize besi - dasar pada proses cor
•
Tin o
o
o
Memiliki koefisien gesek yang rendah, karena itu banyak digunakan sebagai koponen untuk membuat bearing Tegangan eser yang rendah meningkatkan performanya pada deep drawing dan press working. Tin murni digunakan pada komponen untuk proses distilasi.
6.12 Logam precious •
Emas o
o
Lunak dan getas Mempunyai ketahanan yang tinggi terhadap korosi pada temperatur berapapun.
o
•
Perak o
o
•
Biasanya digunakan untuk perhiasan, koin, elektroplating, dll.
Getas, memiliki konduktivitas thermal dan listrik yang tinggi. Biasanya digunakan untuk perhiasan, perlenkapan makan dan kimia, dll.
Platina o
o
Lunak, getas, dan memiliki ketahanan korosi yang baik. Platina digunakan untuk elektroda busi, katalis pada pengontrol polusi mobil, dll.
6.13 Paduan yang dapat mengingat bentuk •
•
•
Disebut demikian, karena jika terdeformasi plastis pada temperatur kamar, paduan akan kembali seperti semula ketika dipanaskan. Terdiri dari 55% Ni-45%Ti. Mempunyai kegetasan yang baik, ketahanan terhadap korosi yang bagus, dan konduktivitas listrik yang mumpuni.
6.14 Logam Amorphous •
•
•
Tidak memiliki struktur kristal dalam jarak panjang, tidak memiliki batas butir Ditemukan pada taun 1960an Biasanya terdiri dari besi, nikel, krom, dan dipadukan dengan karbon, fosfor, boron, alumunium, dan silikon.
6.15 Nanomaterial
•
Potensi aplikasi dari nanomaterial: o
Peralatan potong
o
Powder untuk casting
o
Chip komputer
o
Elektroda untuk busi, medical implants, magnet yan sangat kuat,dll
Bab 7 Polymer
7.1 introduction Plastik
:-pertama kali dikenal sekitar tahun 1909,merupakan sinonim
dari polymer. -karakteristik:
~tahan korosi & than reaksi kimia
~rendah konduktivitas termal & rendah sifat elektrik ~rendah densitas ~kekuatan tinggi dengan berat ringan ~peredam suara ~banyak variasi warna hingga transparan ~mudah dibentuk hingga kompleksitas tinggi ~murah ~karakeristik lain yang tidak dinginkan seperti kekuatan rendah,kaku,koefisien termal
tinggi,ketidakstabilan dimensi akibat pemakaian dalam periode waktu tertentu. Plastik berasal dari bahasa yunani plastikos yang berarti mampu dicetak dan dibentuk.Plastik bisa dibentuk,pemesinan,cast,dan disambung dengan berbagai bentuk secara mudah.Perlakuan pemolesan permukaan hampir tidak diperlukan yang merupakan salah satu keuntungan dibanding logam. Polymer pertama kali dikenal tahun 1866.Pertamakali merupakan material organik alami dari hewan atau tanaman yang disebut selulosa.Kemudian produk sintesis pertama dikenal sebagai phenolformaldehyde sebuah thermoset yang dikembangkan pada tahun 1906 dan disebut dengan bakelite. Perkembangan teknologi plastik modern dimulai pada tahun 1920 ketika material mentah yang diperlukan untuk membuat polymer berasal dari coal dan petroleum.Ethylene adalah contoh pertama dari bahan mentah tersebut dan merupakan pembentuk dari polyethylene.Ethylene adalah produk dari acetylene dan hidrogen,dan acetylene adalah produk dari hasil reaksi antara coke dan methane.
Polymer komersil yang biasa dibuat adalah polypropylene,polycarbonate merupakan polymer organik sintesis.Dalam polyethylene,hanya atom karbon dan hidrogen yang berkaitan,tetapi pada polymer lain didapatkan berkaitan dengan chlorine,fluorine,sulfur,silicon,nitrogen,dan oxygen.Sehingga sebagai dampaknya telah dibuat berbagai polymer dengan rentang sifat dan pemakaian yang luas.
7.2 The structure of polymer polymer
:-rantai molekul panjang yang terdiri dari banyak monomer
mer merupakan unit terkecil yang berulang seperti halnya sel satuan pada kristal.Pengertian polymer juga berarti banyak mer yang terbentuk hingga seperti
rantai.Kebanyakan monomer adalah material organik dengan atom karbon terikat secara kovalen dengan atom lain.
7.2.1 Polymerization polimerisasi :-proses kimia untuk menyambung banyak monomer sehingga tercipta polymer yang semakin panjang dan banyak (merupakan proses yang sangat kompleks yaitu kondensasi dan adisi). -contoh hasil polymerisasi:polyethylene polypropylene polyvinyl chloride(PVC) polystyrene polytetrafluoroethylene(PTFE(teflon)) -berat molekul polymer merupakan indikator panjangnya rantai yang terjadi akibat polymerisasi karena panjang rantai yang tercipta merupakan hasil acak.Sebaran berat molekul polymer adalah MWD. -derajat polymerisasi adalah ekspresi dari ukuran polymer dengan membandingkan berat molekul polymer terhadap berta molekul monomer pembentuknya. -Jenis ikatan polymer:linear,cabang,hubungsilang,network,copolymer,terpolymer.
7.2.2Crystalinity daerah kristal pada polymer terbentuk dari tersusunnya molekul secara bertumpuk.Dengan mengatur solidifikasi saat pendinginan maka dapat dihasilkan berbagai derajat kristal walaupun tidak akan mencapai 100%.
Efek crystallinity adalah membuat polymer menjadi bertambah keras,padat,dan tahan pelarutan serta pemanasan.
7.2.3Glass-transition temperatur Temperatur dimana sifat amorphous polymer mengalami sifat seperti gelas dengan kondisi getas pada temperatur dibawah Tg dan ulet diatas temperatur Tg.Untuk menentukan nilai Tg sulit karena berbeda untuk tiap polymer.Sebagai contoh ada polymer yang temperatur ruangan berada diatas Tg dan ada yang dibawah Tg.Berbeda dari yang lain,amorphous polymer,sebagian polymer crystalline memiliki temperatur leleh Tm tertentu.Akibat perubahan struktur yang terjadi,maka nilai volume spesifik dari polymer tersebut mengalami penurunan drastis seiring dengan diturunkannya temperatur.
7.2.4Polymer Blends Untuk mengurangi kegetasan amorphous polymer ketika berada dibawah temperatur Tg maka dilakukan pencampuran sejumlah kecil elastomer.
7.3 Thermoplastic Merupakan tipe polymer yang memiliki Tg tinggi sehingga memiliki secondary bonds dan rantai yang lebih mudah mengalami perpindahan pada temperatur diatas Tg dan kembali keras atau dengan kata lain merupakan proses yang reversibel.contoh polymer thermoplastic adalah acrylic,nylon,polyethylene,dan polyvinyl chloride. Efek temperatur terhadap polymer thermoplastik. Jika temperatur dinaikkan diatas Tg,pertamakali dia akan menjadi leathery dan kemudian seiring meningkatnya temperatur dia akan rubbery.Pada akhirnya ketika mencapai temperatur diatas temperatur leleh Tm,dia menjadi cairan
kental.Selanjutnya masih dalam pemanasan,dia bisa dibentuk,dicetak berulangulang namun pada kenyataannya justru terjadi degradasi atau thermal aging dari thermoplastik.
7.4 Thermosetting plastic Merupakan tipe polymer yang hasil dari polimerisasi yang jaringannya lengkap dan bentuk perbagiannya sudah terpasang permanent.Hal ini terjadi ketika ranati panjang molekul dalam polymer terhubung secara cross-linked dalam susunan tiga dimensi menjadi satu molekul besar dengan ikatan kovalen yang kuat. Terjadi dalam dua tahap,pertama secara kimia saat tiap molekul terpolimerisasi ke rantai linear kemudian pada tahap kedua adalah pelengkapan cross-linked pada pemanasan dengan tekanan saat prosesmolding dan shaping.Hasil thermosetting adalah ireversibel sehingga tidak bisa dikembalikan kekondisi awal dngan pemanasan melainkan hanya akan membuatnya terurai atau terbakar.Sifat yang aplikatif dari tipe thermosetting ini adalah keunggulan sifat mekanik,kestabilan bentuk,tahan reaksi kimia,dan tahan listrik.
7.5 Additive in plastic Untuk memodifikasi sifat dari plastik maka dilakukan adisi: Plasticizer untuk menambah kelenturan dan kelunakan dengan menurunkan Tg Carbon black untuk menyerap radiasi ultraviolet agar tidak terjadi pemutusan ikatan utama dalam polymer yang mengakibatkan pemisahan rantai panjang (degradasi dan pengerasan).
Fillers untuk meningkatkan kekuatan,harga murah karena dapat memakai serbuk kayu,mika,kalsium karbonat,serat selulosa pendek,talc,glass dan asbes. Colorants untuk meningkatkan ketahanan temperatur dan cahaya Flamability untuk menngurangi sifat mudah bakar ketika temperatur tinggi Lubricants untuk mengurangi gesekan selama proses berulang dalam menjadikannya produk yang berguna dan mencegah menempelnya polymer pada dinding mold.Biasanya dipakai minyak linseed,mineral,dan wax serta sabun logam seperti calcium stearate dan zinc stearate.
7.6 General Properties and applications of thermoplastic Karakteristik umum dan aplikasi khusus dari thermoplastic terkait dengan proses manufakturnya dan umur pakai plastik dalam komponen. Acetal(dari acetic dan alcohol) memiliki kekuatan,kekakuan,dan ketahanan creep,abrasi,kelembapan,panas,dan kimia yang tergolong baik.Aplikasinya cocok untuk komponen mekanik yang membutuhkan performa tinggi dalam jangka waktu lama (bearing,cam,gear,bushing,roller,,impeler,pipa,katup/kran,shower head,dan dudukan) Acrylic memiliki kekuatan cukup,sifat optik baik,dan tahan cuaca.Aplikasinya cocok untuk lensa,tanda bercahaya,tampilan,window glazing,sky lights,bubble tops,lensa otomotif,kaca jendela,lighting fixture,dan furniture. Acrylonitrile-butadiene-styrene memiliki dimensi stabil dan rigid.Than impak,abrasi dan rekasi kimia,kekuatan,ketangguhan,tahan temperatur rendah dan tahan listrik yang baik.Aplikasinya cocok untuk pipa,fitting,chrome-plated plumbing supplies,helm,penggengam perkakas,komponen otomotif,boat hulls,telepon,tas,dudukan,dan dekorasi.
Cellulosics memiliki sifat mekanik yang luas tergantung komposisinya.Hanya saja tidak tahan cuaca,panas dan kimia.Aplikasinya cocok untuk penggengam perkakas,pens,knobs,frame kacamata,safety goggles,pelindung mesin,helm,tubing,pipa,kontainer rigid,stir kemudi,bola biliard,dan dekorasi. Fluorocarbon memiliki ketahanan temperatur yang tinggi(untuk teflon Tm=327C),kimia,cuaca,dan listrik.Selain itu juga memiliki sifat nonadhesive yang unik dan gesekan rendah.Aplikasinya cocok untuk peralatan proses kimia,alat masak anti lengket,insulator listrik untuk kabel temperatur tinggi,gaskets,permukaan kecil gesekan,bearing,dan seals. Polyamides terbagi jadi dua jenis yaitu nylon dan aramids. Nylon memiliki sifat mekanik dan tahan abrasi yang baik.mereka lubrikasi mandiri dan tahan terhadap banyak kimia.Semua nylon bersifat higrokospik(menyerap air)sehingga kelembapan menyebabkan pengurangan sifat mekanik dan pertambahan dimensi.Aplikasinya cocok untuk gear,bearing,roller,fastener,zippers,bagian elektrik,sisir,tubing,permukaan tahan pakai,pengarah,dan alat bedah. Aramid memiliki kekuatan luluh yang sangat tinggi dan kaku.Aplikasinya cocok untuk serat penguat plastik,rompi anti peluru,kabel,dan ban.
Polycarbonates memiliki sifat mekanik yang baik,sifat elektrik,tahan impak,dan dapat dibuat menjadi tahan kimia.Aplikasinya cocok untuk helm,lensa optik,pelapis jendela anti peluru,botol,peralatan makan,windshield,bearing alat elektrik,insulator,perlengkapan medis,komponen mesin,pelindung mesin,dan bagian yang membutuhkan stabilitas dimensi baik. Polyester memiliki sifat mekanik,elektrik,dan kimia yang baik,tahan abrasi,dan rendah gesekan.Aplikasinya cocok untuk gear,cam,roller,loadbearing,pompa,dan alat elektromekanik lainnya.
Polyethylene memiliki sifat mekanik yang tergantung pada komposisi serta struktur tetapi memiliki sifat elektrik dan kimia yang baik.Terbagi menjadi LDPE,HDPE,danUHMWPE.Aplikasi umum dari LDPE dan HDPE adalah untuk perlengkapan rumah tangga,botol,tong sampah,ducts,bumpers,tas,mainan,dan material kemasan.UHMWPE biasanya digunakan pada bagian yangmembutuhkan ketangguhan impak tinggi dan tahan abrasi contohnya tumit dan pinggul buatan. Polyimides memilki sturktur thermoplastic tapi punya karakteristik tidak meleleh pada thermoset. Polypropylene memiliki sifat mekanik,elektrik,dan kima yang baik serta tahan perobekan.Aplikasinya cocok untuk komponen otomotif,alat medis,insulasi kabel,pipa,fitting,cup minuman,kabin TV,tas ,tali,dan tahan cuaca. Polystyrenes memiliki sifat-sifat yang rata-rata,getas dan murah.Aplikasinya cocok untuk kemasan sekali pakai atau pengganti kayu. Polysulfones memiliki ketahan panas terbaik,air,dan uap.mereka memiliki sifat elektrik yang tidak terpengaruh oleh kelembapan.Sangat tahan pada zat kimia kecuali pelarut organik.Aplikasinya cocok untuk peralatan yang bekerja atau berada dalam temperatur tinggi seperti strika,penyimpan air panas,peralatan medis yang membutuhkan sterilisasi,alat-alat tenaga dan dudukan,kabin pesawat,dan insulator listrik. Polyvinyl chloride(PVC) memiliki rentang sifat yang luas,murah,tahan air,dan bisa dibuat rigid atau flexibel.Sangat tidak cocok untuk kebutuhan akan kekuatan dan kondisi yang panas.
7.7General Properties and applications of thermosetting plastic.
Alkyds memliki sifat insulator yang baik,tahan impak,stabilitas dimensi,dan rendah penyerapan air.Biasa digunakan dalam komponen elektrik. Aminos memiliki sifat yang tergantung komposisi yang pada umumnya keras,rigid,tahan abrasi,creep,dan elektrik.Urea biasa digunakan untuk komponen elektrik dan melamine untuk peralatan makan. Epoxies memiliki sifat mekanik dan elektrik yang terbaik,diemnsi stabil,sifat adhesive kuat,dan tahan panas dan kimia.Biasa dipakai untuk komponen elektrik yang memerlukan sifat mekanik dan insulasi baik,perkakas,dies,dan adhesive.Fiberreinforced epoxies memiliki sifat mekanik terbaik dan biasa digunakan untuk pressure vessel,casing motor roket,tank,dan sturktur serupa. Phenolics memiliki sifat rigid,getas,dimensi stabil,dan ketahanan tinggi terhadap panas,air,kimia,dan elektrik.Biasa digunakan pada knob,gagang,panel laminasi,telepon,material pengikat untuk menahan serbuk abrasi pada mesin gerinda,dan komponen elektrik. Polyester memiliki sifat mekanik,elektrik dan kimia yang baik.Mereka biasanya diperkuat dengan glass fiber dan juga tersedia sebagai casting resin.Biasa digunakan dalam boat,tas,kursi,bodi otomotif,kolam renang,dan material baju hamil serta kertas. Polyimides memiliki sifat mekanik,fisik,elektrik yang baik pada temperatur berubah.Juga memiliki tahan creep,rendah gesekan,dan pemakaian rendah.Biasa digunakan dalam komponen pompa,konektor elektrik temperatur tinggi,peralatan luar angkasa,struktur tahan impak,peralatan olahraga dan rompi pengaman. Sylicones memiliki sifat yang tergantung terhadap komposisinya.Umumnya tahan cuaca,sifat elektrik terbaik pada rentang kelembapan dan temperatur luas.Biasa digunakan untuk komponen elektrik yang membutuhkan kekuatan pada temperatur berubah,oven,segel panas,dan material tahan air.
7.8 Biodegradable plastic
Untuk mengatasi sampah plastik yang tak bisa terurai(biasanya yang terbuat dari sintesis polymer)maka dilakukan usaha untuk membuat plastik yang bisa teruarai yang pertama kali dilakukan pada tahun 1980an.Secara tradisional,plastik hasil sintesis bahan takterbarukan bukan biodegradabel dan sulit untuk di daur ulang.Biodegradabel berarti bisa diuraikan oleh mikroba yang ada dilingkungan dan tidak menghasilkan produk sampingan berupa racun. Plastik yang memenuhi syarat biodegradabel masih terus dikembangkan dan sejauh ini ada tiga tipe yaitu: 1.
Starch:bahan plastik dari produk makanan pokok(starch) misalnya kentang,beras,gandum dan jagung.
2.
Latic:bahan plastik dari produk fermentasi asam lactic yang kemudian di polimerisasi ke polyester resin.Biasa digunakan untuk medis dan farmasi.
3.
Fermentasi gula:bahan plastik dari produk gula yang dicampur dengan asam organik dengan proses rumit sehingga didapat reaksi yang menghasilkan cristalyn tinggi dan polymer kaku yang mirip polymer hasil petroleum.
Selain itu juga dipakai cara daur ulang,sehingga plastik yang ada bisa dipakai kembali setelah diproses ulang.misalnya:
1. PETE(polyethylene) 2. HDPE(high-density polyethylene) 3. V(vinyl) 4. LDPE(low-density polyethylene) 5. PP(Polypropylene) 6. PS(polystyrene) 7.9 Elastomer (rubber) elastomer:-turunan amorphous polymer banyak yang memiliki Tg rendah
-strukturnya berupa pilinan padat sehingga setelah ditarik mampu kembali kebentuk semula. -mampu menhan perubahan palstis tanpa putus -lunak dan memiliki modulus elastisitas rendah. -bisa di cross-link dengan pemanasan proses vulkanisasi sehingga karet menjadi
keras dan kaku secara permanent.
-Jenis-jenis karet terbagi menjadi: 1. Karet alami : -bentuk dasar karet alami biasa disebut sebagai latex. -Dihasilkan dari getah pohon tropis. -memiliki ketahanan abrasi dan lelah,gesekan tinggi tapi ketahanan rendah terhadap minyak,panas,ozon,dan sinar matahari. -biasa digunakan untuk ban,segel,sepatu,kopling,dan dudukan mesin. 2. Sintetik
: -dibanding yang alami mereka memiliki sifat yang lebih unggul. -butyl,styrene butadiene,polybutadiene,and ethylene propylene. -yang tahan minyak adalah neoprene,nitrile,urethane,dan silicone. -biasa digunakan pada ban,shock absorbers,dan belt.
3. Silicone tapi
: -memiliki kegunaan tinggi pada berbagai rentang temperatur sifat kekuatan,tahan minyak, dan pemakain merupakan
yang paling
rendah. -biasa digunakan untuk segel,gaskets,insulasi thermal,dan peralatan elektrik.
4. Polyuethane : -memiliki sifat keseluruhan yang baik yaitu kekuatan tinggi,kaku,keras,tapi penegcualian untuk abrasi,pemotongan,dan
perobekan.
-biasa digunakan pada segel,gaskets,cushioning,diaphragms untuk pembentukan karet dari lembar logam dan autobody.
Resume Bab 8 Keramik,Glass, Glass Keramik, dan Graphite Keramik
Adalah campuran dari elemen logam dan non logam. Keramik dibagi menjadi 2 bagian penting secara umum yaitu Keramik tradisional : seperti ubin lantai, pipa pembuangan, dll) Keramik industri
: seperti turbin, part otomotif, dll
Ikatan dalam keramik adalah ikatan kovalen dan ion, ikatan ini lebih kuat dari ikatan logam pada material pada umumnya. Sifat- sifat Keramik -
Getas
-
Kekerasan dan kekuatannya tinggi pada temperatur yang tinggi
-
Modulus elastisitasnya tinggi
-
Ketangguhan,kerapatan,dan ekspansi thermal rendah
-
Konduktivitas thermal dan elektrik rendah
Keramik dibagi menjadi beberapa bagian , yaitu : a. Keramik Materiak Kasar -
Tanah liat (keramik paling kuno)
-
Kaolinite (tanah liat putih yang berisikan silicate/aluminium)
-
Flint
-
Feldspar
-
Porcelain
b. Keramik Oksida -
Alumina (Kekerasan dan kekuatannya tinggi, banyak digunakan pada keramik, alat potong, dan bersifat abrasive)
-
Zirconia (Strength dan ketangguhannya tinggi,ekpansi thermal dekat dengan besi cor, cocok untuk aplikasi pada temperature tinggi)
c. Dan Keramik lainnya a. Karbida -
Karbida Tungsten : keras, kuat, tahan aus, biasnya digunakan sebagai dies dan alat potong)
-
Karbida Titanium : tidak sekuat tungsten, memiliki nikel dan molybdenum sebagai pengikat)
-
Karbida silicon
: kuat pada temperature tinggi, tahan aus)
b. Nitrida -
Nitrida Cubic Boron
-
Nitrida titanium
-
Nitrida Silikon
-
Sialon
Aplikasi Keramik -
Dalam industry elektronik dan listrik karena resisstivitas elektriknya tinggi
-
Heat Engine
-
Rotor
-
Pelapisan logam dengan keramik
Glass (Kaca)
Adalah padatan amorph dengan struktur liquid, secara teknis adalah produk inorganic yang berfusi secara didinginkan untuk membentuk kondisi kaku/rigid tanpa adanya kristalisasi. Tipe-tipe Glass a. Soda Lime Glass b. Lead Alkali Glass c. Borosilicate Glass d. Aluminosilicate Glass e. 96% Silica Glass f. Fused silica Glass Sifat-sifat mekanis/fisis : -
Getas
-
Modulus elastisitasnya pada rentang 55 – 90 GPa
-
Keras
-
Dapat diperkuat dengan treatment secara thermal dan kimiawi
-
Konduktivitas thermal rendah
-
Resistivitas elektrik tinggi
Glass Keramik
-
Memiliki komponen mikrostruktur Kristal tinggi
-
Berisikan proporsi yang tinggi untuk beberapa iksoda, jadi sifatnya merupakan kombinasi dari glass dan kermaik
-
Lebih kuat dari glass
-
Biasanya berwarna putih/abu-abu
-
Kekerasannya antara 520 – 650 HK
-
Koefisien ekspansi thermal nol, sehingga memiliki resistansi thermal shock tinggi
-
Kuat.
Graphite
Adalah bentuk kristaline dari karbon yang memiliki struktur berlapis dengan bidang basal. -
Lemah ketika digeser sepankang lapisan
-
Sifat gesekan rendah karena solid lubrication
-
Di daerah vakum, graphite menjadi abrasive dan miskin pelumasan
-
Strength dan kekakuan naik pada saat temperature naik
-
Brittle/getas
-
Konduktivitas thermal dan elektrik tinggi
-
Resistansi tinggi terhadap thermal shock
Jenis-jenis graphite : -
Fiber graphite
-
Busa karbon dan graphite
-
Buckyball
-
Nanotubes
Aplikasi -
Filter untuk fluida korosi
-
Elemen pemanas
-
Elektroda
-
Sikat motor,dll
Diamond (Intan)
Adalah bentuk principal dari karbon dengan strukturnya adalah ikatan kovalen. Sifat-sifat : -
Brittle/getas
-
Mulai terdekomposisi di udara pada temperature 700o C
-
Tahan pada T tinggi dan lingkungan nonoksidasi
-
Intan buatan hanpir sama dengan intan alami
Aplikasi -
Material peralatan potong
-
Abrasive pada roda gerinda
-
Dies untuk drawing
-
Coating pada alat potong dan dies
BAB 9 MATERIAL KOMPOSIT, STRUKTUR, SIFAT UMUM, DAN APLIKASI
Komposit adalah material yang tersusun atas serat (fiber) yang berupa fasa
diskontinu atau tersebar dan matriks sebagai fasa kontinu.
Kelompok besar komposit :
-
fiber-reinforced plastic(polymer-matrix)
-
metal matrix
-
ceramic matrix
Serat yang biasa digunakan dalam komposit : gelas, grafit, boron,
armid(kevlar), nylon, karbida silikon, nitrida silicon, tungsten, baja
Material yang biasa digunakan sebagai matriks : plastik thermoset, termoplastik, logam(aluminium, titanium), keramik
Faktor penentu kualitas komposit :
- jenis dan kualitaas material yang digunakan sebagai serat dan matriks
-
ukuran dan panjang serat yang digunakan
-
perbandingan volume antara serat dan matriks
-
kekuatan antara serat dan matriks
-
orientasi serat dalam matriks
Metode penguatan plastik (matriks)
Jenis dan sifat umum material komposit :
-
fiber (serat)
glass : kekuatan tinggi, kekakuan rendah (low stiffness), massa jenis tinggi, murah
graphite :kekuatan tinggi, murah, density lebih rendah dari glass
boron : kekuatan dan kekakuan tinggi, density tinggi, mahal terdapat kandungan tingsten
-
armid : perbandingn kekuatan dan berat tinggi, mahal
dll
matriks
thermoplastik : merupakan salah satu jenis polymer(plastik) yang dapat dilebur kembali dengan perlakuan panas, lunak, mudah dibentuk pada temperatir tinggi
thermoset ; rantai polimer berbentuk cross-linked, jadi bersifat tidak
lunak, walaupun dipanskan
tetap lebih
keras dari
thermoplastik, sedikit pilihan warna
metal : aluminium, titanium, magnesium
ceramic : memiliki kekuatan yang sangat tinggi, tahan terhadap temperatur tinggi
Matriks pada plastik
-
matriks pada plastik yang diperkuat berfungsi :
menjaga serat agar tetap di tempat dan meneruskan teganan ke serat
-
melindungi serat dari kerusakan fisik dan lingkungan
mengurangi perambatan retak yang terjadi pada komposit
matriks
yang
sering
digunakan
:
epoksi,
polyester,
phenolic,
flourocarbon, silicon, polyethersulfone
-
sifat mekanik dan sifat fisi k plastik yang diperkuat, bergantung :
bentuk dan orientasi meterial yang diperkuat
panjang serat yang digunakan
volume fraksi material yang diperkuat
contoh pengaruh jenis serat terhadap nylon yang diperkuat
Pada kurva-kurva di atas, ditunjukkan sifat-sifat mekanik dari berbagai macam serat. Dari sini kita dapat membandingkan pengaruh jenis serat terhadap sifat material.
-
aplikasi plastik yang diperkuat :
bilah baling-baling helikopter
helm komposit militer
Komposit dengan matriks logam
-
-
kelebihan matriks logam dibandingkan matriks polimer
matriks logam memiliki modulus elastisitas
ketahanan terhadap temperatur tinggi
ketangguhan dan keuletan yang lebih tinggi
kekurangan matriks logam
kerapatan massa yang tinggi (massa jenis tinggi)
lebih sulit dalam manufakturnya
-
aplikasi material komposit dengan matriks logam
Komposit dengan matriks keramik
-
-
kelebihan material komposit dengan matriks keramik :
ketahanan terhadap temperatur tinggi yang baik
ketahanan terhadap lingkungan koriidif yang baik
material matriks yang digunakan : karbida silikon, nitrida sillikon, oksida aluminium, mullite(campuran aluminium, silikon, oksigen). Matriks ini dapat menyebabkan komposit ini mampu menjaga kekuatan hingga temperatur di atas 1700°C
-
komposit karbon-matriks karbon dapat menjaga kekuatannya hingga temperatur di atas 2500°C, meskipun ketahanan terhadap korosi menurun pada temperatur tinggi
-
aplikasi : mesin jet dan otomotif, peralatan pertambangan laut dalam,
bejana tekan, pahat potong serta cetakan untuk proses ekstrusi dan drawing metal
BAB 10 DASAR DARI PENGECORAN LOGAM 10.1 PENDAHULUAN Pengecoran logam terdiri dari (a) memasukan logam cair pada cetakan setelah bagiannya di manufaktur, (b) membiarkan sampai dingin, (c) memindahkan logam beku dari cetakannya. Aspek-aspekyang perlu diperhatikan dalamproses pengecoran (a)Aliran logam cair le dalam rongga cetakan, (b) Pembekuan dan pendinginan logam dalam cetakan, (c) Pengaruh material yang digunakan sebagai cetakan.
10.2.1 LOGAM MURNI (STRUKTUR LOGAM CORAN) Ilustrasi tiga struktur logam coran yang dibekukan pada cetakan segi empat; (a) logam murni;(b) paduan larutan padat;(c) struktur yang diperoleh dengan menggunakan larutan penginti(nucleating agents).Sumber:G.W.Form,J.F.Wallace,J.L.Walker, and A.Cibula.
10.2.2 PEMBEKUAN PADUAN Ilustrasi pembekuan paduan dan distribusi temperatur di dalam logam yang membeku. Perhatikan pembentukan dendritespada daerah mushy.
(a) Pembekuan logam paduan dimulai ketika temperatur mencapai temperatur liquidus, TL dan pembekuan akan lengkap bila telah mencapai temperatur solidus, TS. (b) Di antara TS dan TS, logam paduan akan berbentuk bubur (mushy) dengan columnar dendrite. (c) Freezing range = TL,TS, untuk logam murni 0 ≈
10.3. PENGARUH LAJU PENDINGINAN (a) Laju pendinginan yang lambat (100K/s) atau waktu pendinginan lokal yang panjang akan menghasilkan struktur dendrite yang kasar dengan jarak antara lengan dendrite besar.
(b) Laju pendinginan yang cepat (10.000K/s) atau waktu pendinginan lokal yang singkat akan menghasilkan stuktur dendrite yang halus dengan jarak antara lengan dendrite kecil. (c) Laju pendinginan yang sangat cepat (1000.000-100.000.000K/s) akan menghasilkan sruktur amorfous. (d) Stuktur yang berbentuk dan ukuran butir yang terjadi akan memberikan efek pada sifat-sifat hasil pengecoran. Bila ukuran butir menurun akan mengakibatkan kekuatan dan keuletan paduan cor meningkat,porositas mikro menurun dan kecenderungan hasil coran untuk retak selama pembentukan (hot tearing) menurun. (e) Komposisi dendrite dan logam cair diperoleh dari diagram fasa. Bila pendinginan berlangsung sangat lambat,dendrite akan terbentuk dengan komposisi yang seragam. Untuk pendinginan yang normal, akan terbentuk cored dendrite yang mempunyai (f) Komposisi dendrite dan logam cair diperoleh dari diagram fasa. Bila pendinginan berlangsung sangat lambat, dendrite akan terbentuk dengan komposisi yang seragam. Untuk pendinginan yang normal, akan terbentuk cored dendrite yang mempunyai komposisi yang berbeda antara inti dengan permukaannya.
10.3.1 FLUIDITAS LOGAM CAIR Fluiditas adalah kemampuan logam cair untuk mengisi rongga cetakan. Fluiditas dipengaruhi oleh karakteristik logam cair dan parameter pengecoran. Karakteristik logam cair meliputi : 1. Viskositas : bila indeks viskositas meningkat, maka fluiditas akan menurun 2. Tegangan permukaan : tegangan permukaan yang tinggi akan menurunkan fluiditas logam cair. 3. inklusi : merupakan partikel yang tidak ikut larut. inklusi mempunyai efek yang berlawanan terhadap fluiditas. 4. Pola pembekuan paduan : semakin pendek freezing range (TL – TS) akan meningkatkan fluiditas.
Parameter pengecoran meliputi : 1. Rancangan cetakan : rancangan dan dimensi sprue, runner dan riser mempengaruhi fluiditas.
2. Material cetakan dan karakteristik permukaannya : semakin tinggi konduktivitas termal cetakan dan semakin kasar permukaan cetakan akan mengakibatkan fluiditas semakin rendah. 3. Derajat superpanas 4. Laju penuangan : semakin rendah laju penuangan logam cair ke dalam cetakan akan menurunkan fluiditas sebab akan meningkatkan laju pendinginan. 5. Perpindahan panas : mempengaruhi viskositas logam cair. Pendinginan logam coran waktu pendinginan (aturan chvorinov) Solidification time = C(
)2
-
logam yang dicor akan mengalami penyusutan selama pembekuan dan pendinginan. Penyusutan akan menyebabkan perubahan dimensi dan seringkali akan menyebabkan terjadinya retakan pada hasil pengecoran.
-
Pada umumnya logam akan mengalami penyusutan, kecuali besi cor kelabu yang mengalami pengembangan.
Porositas Porositas dalam proses pengecoran terjadi karena proses penyusutan atau gas yang terperangkap. Porositas dapat merusak permukaan dan keuletan hasil coran. Untuk bejana tekan dapat menyebabkan fluida keluar dari bejan melalui lubang-lubang porositas sehingga tekanan akan turun. -
Porositas yang disebabkan penyusutan dapat dikurangi dengan menambahkan logam cair yang sesuai atau menambahkan choll pada cetakan pasir.
-
Porositas yang disebabkan oleh gas yang terlarut dalam logam cair dapat dikurangi dengan menghilangkan gas yang terlarut dalam logam cair, yaitu melakukan pencairan dan penuangan logam cair pada ruang vakum atau dibersihkan dengan gas inert.
BAB 11 Introduction Banyak bagian dan komponen dari mesin dibuat dengan cara cor, termasuk kamera, karburatir, engine blocks, crankshaft , komponen otomotif, peralatan pertanian dan jalur kereta, perpipaan, alat pembangkit, tempat penyimpanan senjata, penggorengan, dan komponen yang sangat besar untuk turbin hidrolik. Terdapat 2 tren baru yang saat ini biasa dipakai oleh kebanyakan industri – industri pengecoran. Yang pertama, ialah dengan melanjukan mekanisasi dan pengotomatisan proses cor. Dimana, proses automatisasi ini mengantar kita ke perubahan yang signifikan, yakni penggunaan peralatan dan pekerjaan yang dilakukan oleh buruh. Penggunaann permesinan yang lebih canggih dan sistem control proses automatisasi menggantikan metode pengecoran tradisional . Yang kedua, ialaha meningkatkan kebutuhan akan pengecoran berkualitas tinggi dengan toleransi dimensi yang mendekati harga sebenarnya dan tanpa defect. Pengecoran pasir. Cara tradisional pengecoran logam ialah dengan menggunakan pasir yang telah digunakan selama ribuan tahun. Pengecoran pasir memuat desain yang memiliki bentuk yang dinginkan untuk membuat cetakan., mengisi cetakan dengan logam cair, membiarkan logam dingin hingga padat., menghancurkan cetakan pasir dan lepaskan hasil pengecoran. Sands Pengecoran pasir biasanya menggunakan pasir silica(SiO 2), yaitu produk dari batu yang terdisinteregrasi dalam waktu yang lama. Pasir sangat murah dan cocok material cair karena ketahanannya terhadap temperature tinggi. Tipe Cetakan Pasir Cetakan pasir dibedakan bedasarkan sifat dari jenis pasir dan metode yang digunakan. Terdapat tiga tipe dasar cetakan pasir, yaitu: green-sand,cold-box,dan no-bake molds. Jenis pasir yang biasa digunakan ialah green molding sand, yaitu campuran dari pasir,tanah liat dan air. Jenis ini adalah cara pengecoran yang termurah. Patterns
Cetakan digunakan untuk tempat untuk membentuk campuran pasir menjadi bentuk yang diinginkan. Cetakan bisa dibuat dai kayu, plastic dan logam. Pemilihan material bergantung pada ukuran dan bentuk pengecoran, keakuratan dimensi, dan jumlah hasil pengecoran dan proses molding. Cetakan biasanya dilapisi dengan suatu lapisan pada saat pemindahan hasil dari cetakannya. Mesin Pengecoran Pasir Metode pengecoran kuno ialah masih menggunakan teknik pengecoran yang sangat sederhana yaitu dengan menghanurkan cetakan pasir dengan palu . pada kebanyakan pengerjaan yang terkini campuran pasir dibentuk di sekeliling cetakan dengan mesin cor. Mesin ini menggantikan pekerjaan buruh dan hasilnya pengecoran berkualitas tinggi dengan memperbaiki peralatan menjadi lebih baik dan pendistribusian gaya, serta meningkatkan produksi rata-rata. Shel-Mold Casting Cara pengerjaan shell-mold casting, yaitu: 1. Cetakan diputar dan bahan dimasukkan ke dalam kotak. 2. Cetakan dibalik sehingga bahan mengikuti bentuk dari cetakan. 3. Cetakan dibiarkan pada posisinya . 4. Cetakan dan hasilnya dikeluarkan dari kotak. Expendable-Pattern Casting Proses dari expendable=-pattern casting menggunakan cetakan polystyrene dimanaterjadi evaporasi pada kontak antara logam cair dengan bentuk dari cetakan. Keuntungan metode ini dibandingkan metode pengecoran lain, yaitu: a. Prosesnya lebih simple b. Lebih murah c. Polystyrene tidak mahal dan mudah diproses untuk mendapatkan bentuk yang kompleks, jenis yang bervariasi, dan kerataan permukaan. d. Proses ini membutuhkan sedikit pengerjaan akhir. e. Proses dapat menggunakan otomatisasi dan cukup murah untuk produksi dalam jumlah besar Plaster-Mold Casting Pada proses plaster-mold casting cetakan terbuat dari gypsum atau calcium sulfate dengan penambahan kapur tepung silica untuk meningkatkan kekuatan dan untuk
mengontrol waktu yang diperlukan untuk terbentuknya cetakan. Komponen ini terdiri dari campuran air dan menghasilkan bahan sesuai dengan cetakan. Cetakan untuk plaster molding biasanya menggunakan paduan alumunium, plastic termoset, kuningan atau paduan seng. Kayu tidak cocok untuk digunakan dalam produksi dalam jumlah besar karena akan sering terkontak dengan air. Ceramic-Mold Casting Proses ini hamper sama dengan pattern mold casting, kecuali metode ini mengunakan pembentukan kembali hasil material yang cocok untuk penggunaan pada temperature tinggi. Bahannya iyalah campuran dari zircon (ZrSiO 4), alumunium oksida, dan silica yang dicampur pada cetakan yang ditempatkan pada tempat cetakan (flask). Ctakan biasanya dibuat dari logam atau kayu. Invesment Casting Cetakan ini terbuat dari lilin atau plastic seperti polystyrene. Dengan cetakan atau teknik pembentukan berulan-ulang. Pada cetakan lilin, lilin dapat dibentuk ulang atau diperbaiki, tidak seperti cetakan yang terbuat dari plastic. Vacuum Casting Campuran dari pasir dan urethane dicairkan pada cetakan logam dan diperbaiki dengan amine vapor. Lalu lelehan ditahan dengan tangan robot. Logam dapat dilelehkan pada udara tanpa udara. Permanent-Mold Casting Proses kini dibentuk dari dua lelehan material seperti besi cor, baja, perunggu, grafit, atau paduan logam lainya. Cetakan material terbuat dari campuran oli atau campuran resin dan pasir, plaster, grafit, besi kelabu, baja karbon rendah, dan baja yang dipanaskan. Slush Casting Lapisan luat yang dipadatkan yang terbentuk pada saat pengecoran, lalu lapisan ini semakin bertmabha tebal seiring waktu. Hollow casting dengan lapisan tipis dapat dibuat dengan pengecoran permanen dengan menggunakan prinsip ini. Slush cadting umumnya cocok untuk produksibenda yang kecil, dan biasa digunakan pada pembatan ornament atau produk dekorasi serta mainan anak-anak. Pressure Casting Pada proses ini lelehan material ditekan menggunakan gas pada grafit atau lelehan logam. Tekanan ini diberikan hingga logam benar-benar terpadatkan pada cetakan. Lelehan logam juga dapat ditekan menggunakan tanpa udara, dimana vacuum uga dapat melepaskan dan memproduksi hasil pengecoran dengan porosity rendah.
Die Casting Lelehan metalditekan pada cetakan pada tekanan antara 0,7 MPa -700 MPa. Contoh produsksi die casting adalah motor, mesin kerja, dan komponen perabotan, alat-alat dan mainan.dibagi menjadi hot chamber process dan cold chamber process. Sentrifugal Casting Sepertui pada namanya lelehan material dengan diputar hingga memenuhi cetakan, terdapat tiga tipe sentrifugal casting, yaitu: 1. True sentrifugal casting 2. Semisentrifugal casting 3. Centrifuging. Squeeze Casting Proses ini ditemukan pada tahun 1960 dan menemukan cara pemadatan lelehan material pada tekanan tinggi. Cara pembuatannya yaitu lelehanmaterial ditekan sehingga mengikuti bentuk cetakannya. Semosolid Metal Forming Logam atau paduan yang tidak memiliki dendrit dan struktur butir yang baik pada saat memasuki cetakan. Teknik lain untuk pembentukan semisolid ialah dengan rheocasting, yaitu lelehan dibentuk pada pengaduk dan dikirimkan ke cetakan. Bagaimanapun juga proses ini tidak terlalu sukses di pasaran. Casting Teknik Untuk Komponen Kristal Tunggal Disini akan dijelaskan teknik untuk pengecoran Komponen Kristal tunggal seperti: pisau pada turbin gas yang biasa dibuat dari paduan nikel dan digunakan pada mesin pada tempratur tinggi. Rapid Solidification Rapid solidification yaitu dengan mendinginkan lelehan material pada 106 K/s, sehingga tidak memiliki waktu untuk terkristalisasi. Pada satu metode disebut melt spinning, paduan dicairkan dengan cara menginduksi pada material keramik, lalu ditekan menggunakan tekanan gas tinggi pada kecepatan tinggi. Inspection Of Casting Beberapa metoode dapat digunakan pengecoran untuk mengetahui kualitas. Pengecoran dapat diketahui dengan dilihat langsung atau dengan melihatnya menggunakan mikroskop untuk mengetahui kerataan permukaan.
Melting Practices and Furnaces Melting practice adalah suatu aspek yang sangat penting pada pengecoran karena memiliki efek langsung dengan kualitas pengecoran. Furnaces ditekan dengan lelehan material, paduan material atau material lain seperti flux. Foundries dan Foundry Automation Pada proses pengecoran yang dibahas adalah pelehan dan perataan. Batas otomatisasi dari proses pelelhan dan perataan adalah karena ekonomis. Tapi tidak semua pekerjaan pengecoran dapat dilakukan otomatisasi. Ada beberapa elemen penting untuk keselamatan foundries, yaitu: 1. Debu dari pasir untuk cor 2. Furnes dari molten metals 3. Inspeksi peratan 4. Inspeksi bahan 5. Dan alat-alat keselamatan pribadi.
BAB 12: PENGECORAN LOGAM: DESAIN, MATERIAL, DAN EKONOMI PENDAHULUAN
Di bab sebelumnya, telah kita ketahui bahwa untuk melakukan pengecoran yang baik memerlukan banyak variabel-variabelnya. Variabel tersebut antara lain:
Logam dan paduan yang dicor
Metode pengecoran
Material mold & die
Rancangan mold
Aliran logam cair dalam rongga cetakan
Sistem saluran dalam cetakan
Laju pendinginan produk cor
Gas-gas yang terjadi selama proses pengecoran
Selain faktor teknis dalam pelaksanaan pengecoran, faktor ekonomis juga memegang peranan penting dalam proses pengecoran. MODIFIKASI DESAIN CORAN
Modifikasi rancangan yang disarankan untuk menghindarkan cacat pada coran diperlihatkan pada gambar di bawah ini. Perhatikan bahwa sudut yang tajam dihindari untuk mengurangi konsentrasi tegangan. Radius fillet harus dipilih sehingga dapat mengurangi konsentrasi tegangan dan menjamin logam cair dapat mengalir dengan lancar selama proses penuangan. Radius fillet pada umumnya berkisar antara 3 mm-25 mm.
PENAMPANG CORAN
Gambar di atas menunjukkan contoh-contoh rancangan coran yang poor (buruk) dan good (baik). Pada rangkaian gambar ini dapat kita lihat betapa perlunya untuk menjaga keseragaman penampang pada coran untuk menghindari hotspot dan rongga penyusutan.
MENGHINDARI RONGGA PENYUSUTAN (SHRINKAGE CAVITIES)
Untuk menghindari terjadinya retak (crack), harus ada pertimbangan juga untuk penyusutan material. Berikut ini menunjukkan contoh desain yang seharusnya dilakukan untuk menghindari penyusutan tersebut:
CHILLS (PENDINGIN)
Alas logam (metal padding/chills ) digunakan untuk meningkatkan kecepatan pendinginan pada bagian yang tebal di coran untuk menghindarkan terjadinya rongga penyusutan.
GARIS PEMISAH (PARTING LINE)
Garis pemisah lebih disukai berbentuk garis lurus dibandingkan dengan bentuk yang mempunyai kontur. Bila dimungkinkan, parting line diletakkan pada tepi atau pojok produk coran, sehingga pada hasil coran bekas flash tidak tampak.
Gambar di atas menunjukkan perancangan ulang pengecoran dengan membuat garis pemisah menjadi lurus, untuk menghindari cacat. MODIFIKASI DESAIN CORAN
Modifikasi desain coran seringkali dilakukan untuk optimasi hasil akhir. Pada gambar di samping, dapat dilihat bahwa taper sekitar 3° dibutuhkan agar pencabutan cetakan dari cor dapat dilakukan dengan sempurna, tanpa merusak struktur yang didesain.
RANCANGAN CETAKAN SEKALI PAKAI
Seperti dijelaskan sebelumnya, untuk memudahkan dalam mengambil pola tanpa merusak cetakan, pada umumnya cetakan dibuat mempunyai bentuk taper/draft. Ukuran taper yang digunakan adalah antara 5mm/m sampai
dengan 15mm/m atau tergantung pada kualitas pola. Sudut taper berkisar sampai 3°.
Toleransi dimensi cetakan tergantung pada proses pengecoran yang dilakukan, ukuran produk pengecoran, dan jenis pola yang digunakan. Toleransi kalau dapat dibuat selebar mungkin selama masih dalam batas yang diperbolehkan, karena semakin sempit toleransi akan semakin mahal ongkos produksi. Untuk keperluan komersial, toleransi yang umum digunakan adalah ±0.8 mm untuk produk yang kecil dan ±0.6 mm untuk produk yang besar serta meningkat seiring dengan meningkatkan ukuran produk hasil cetakan.
Kelonggaran pemesinan diberikan karena hampir semua produk hasil proses pengecoran dengan cetakan sekali pakai, masih membutuhkan proses finishing lebih lanjut, misalnya proses pemesinan. Besarnya kelonggaran ini adalah 2-5 mm untuk produk kecil dan lebih dari 25 mm untuk produk besar.
Tegangan sisa pada produk coran terjadi karena perbedaan laju pendinginan. Tegangan sisa ini dapat menyebabkan terjadinya distorsi pada produk coran. Tegangan sisa dapat dihilangkan dengan menggunakan proses stress relieving .
KONDISI PRAKTIS YANG DIINGINKAN DAN TIDAK DIINGINKAN PADA DIECASTING
Gambar di bawah menunjukkan contoh-contoh rancangan praktis yang diinginkan dan tidak diinginkan untuk komponen die-cast. Perhatikan bahwa keseragaman ketebalan penampang diusahakan untuk semua bagian komponen. Walaupun pada die-casting taper diusahakan untuk dihilangkan untuk mendapatkan ketelitian geometri yang lebih baik, tetapi sudut taper antara 0.5° atau 0.25° masih dibutuhkan.
RESUME ROLLING OF METAL CHAPTER 13
Dalam pengerolan metal/baja dapat dikelompokkan dalam bentuk ingotnya atau bentuk bahan dasarnya, antara lain :
1. Slab (bentuk papan); dari bentuk ini dapat di proses menjadi 3 yaitu: A. Hot Strip & Cold Strip Pembuatan lembaran-lembaran metal dengan ketebalan yang ditentukan dengan proses pada tempertaur tinggi (Hot Strip) dan dilanjutkan dengan pengerolan dalam tempratur kamar (Cold Strip) sampai tercapai lapisan tipis. B. Skelp Proses pengerolan papan yang akan dibentuk menjadi pipa pengelasan C. Plate Pembuatan pelat baja/metal 2. Billet (bentuk batang); dari bentuk ini dapat di proses menjadi 3 yaitu: A. Hot Rolled Bars & Cold Drawn Bars Proses pengerolan menghasilkan batang dengan pross hot rolling dan dilanjutkan dengan proses cold drawing. B. Rods Proses pengerolan membentuk poros berpenampang silinder yang akan diproses menjadi produk kabel (wire) C. Tube Rounds Proses pengerolan menghasilkan pipa bundar dengan pola alat rolling khusus yang akan diproses menjadi pipa panjang tanpa sambungan. 3. Bloom (bentuk khusus); bentuk ini dapat diproses menjadi 2 yaitu: A. Structural Shape Proses rolling menghasilkan bentuk struktur khusus, seperti ulir B. Rails Proses rolling menghasilkan bentuk jalur yang tetap/rel
BAB 14 TEMPAAN DARI LOGAM 14.1 PENGENALAN Menempa adalah proses dasar dimana workpiece dibentuk oleh gaya tekan yang diberikan pada berbagai macam dies dan tooling. Menempa pertama kali digunakan untuk membuat koin, perhiasan dan berbagai macam implementasi yang menggunakan palu pada logam dengan alat-alat yang dibuat dari batu. Operasi menempa biasanya menghasilkan discrete parts . Karena aliran logam pada die dan struktur butir dari material dapat di control, parts yang ditempa mempunyai kekuatan dan ketangguhan yang tinggi serta dapat menahan tegangan yang tinggi. Menempa yang simpel dapat dilakukan dengan menggunakan palu yang keras dan landasan tempa yang sudah secara tradisional digunakan oleh penempa sejak dahulu. Tetapi kebanyakan proses menempa biasanya membutuhkan sebuah set dari dies dan peralatan yang dapat digunakan untuk memperkuat palu tempa. Menempa dapat dilakukan pada temperatur kamar (tempa dingin) maupun temperature yang menaik (tempa hangat atau panas). Tempa dingin memerlukan gaya yang lebih besar (karena workpiece nya mempunyai kekuatan yang lebih tinggi) dan material workpiece nya harus mempunyai keuletan yang diperlukan untuk menahan deformasi plastis yang terjadi agar tidak retak. Parts pada tempa dingin mempunyai permukaan yang baik dan dimensinya lebih akurat. Tempa dingin memerlukan gaya yang lebih sedikit tetapi permukaan dan akurasi dimensinya tidak begitu baik.
14.2 OPEN-DIE FORGING Open-die forging merupakan operasi tempa tersimpel. Keuntungannya adalah mudah dilakukan, murah, bisa digunakan dalam parts kecil maupun besar,
kekuatannya baik serta digunakan untuk hasil yang sedikit. Kerugiannya adalah hanya dapat digunakan untuk bentuk yang simpel , toleransinya tidak dapat terlalu kecil, harus di machining, laju produksinya rendah dan memerlukan skill yang tinggi. Open-die forging dapat digambarkan dengan workpiece solid yang ditaruh
diantara dua dies datar lalu ditekan untuk mengurangi tingginya, proses ini dinamakan upsetting atau flat-die forging . Deformasi yang terjadi di workpiece pada kondisi tidak ada friksi terjadi karena volum dijaga agar tetap konstan, walaupun
tinggi berkurang tetapi panjang (diameter) nya bertambah. Tetapi pada kenyataannya terdapat friksi sehingga parts akan membentuk barel, merupakan deformasi yang disebut pancaking. Barreling terjadi karena gaya gesek yang terjadi pada bagian interfaces yang berlawanan dengan aliran luar dari material pada interfaces ini sehingga dapat
diminimalkan dengan menggunakan pelumas. Barreling yang terjadi karena efek termal dapat dikurangkan atau dieliminasi dengan menggunakan dies yang dipanaskan. Cogging (sering juga disebut drawing out ) dasarnya adalah sebuah operasi open-die forging yang tebal dari batangannya dikurangi dengan langkah tempa
yang berhasil pada spesifik interval. Tebal dari batangan dan cincin dapat dikurangi dengan menggunakan teknik open-die forging yang sama. Karena luas yang berkontak antara die dan workpiece sangat kecil, batangan yang panjang dapat dikurangi tebalnya tanpa memerlukan gaya yang besar atau machinery yang berat. Penempa melakukan operasi itu dengan menggunakan palu dan landasan tempa menggunakan kepingan logam yang panas. Cogging untuk workpiece yang lebih besar biasanya diselesaikan dengan menggunakan peralatan mekanik dan kontrol komputer dimana gerakan vertikal dan lateral dikoordinasikan untuk mendapatkan hasil yang kita inginkan. Gaya tempa (F) pada operasi open-die forging pada silinder workpiece solid dan dapat diperkirakan dengan menggunakan rumus F
=
2 Y f π r (1 +
2 µ r ) 3h
Dimana: Y f = tegangan alir µ =
koefisien gesek antara workpiece dan die
r = jari-jari dari workpiece
h = tinggi dari workpiece
14.3 IMPRESSION-DIE dan CLOSED-DIE FORGING Pada impression-die forging , workpiece memakai bentuk dari rongga pada die ketika di tempa diantara 2 die yang telah dibentuk. Proses ini biasanya dilaksanakan pada temperature yang menaik untuk meningkatkan keuletan dari logam dan untuk mengurangi gaya yang terajadi. Hal ini dapat terjadi karena
prins prinsip ip pada pada defo deform rmas asii plast plastis, is, alira aliran n mate materia riall ke arah arah resis resista tansi nsi yang yang keci kecill sehingga material akan memenuhi rongga die sampai penuh. Gaya tempa (F) untuk membawa operasi dari impression-die forging dapat diperkirakan melalui rumus: F
=
kY f A
Dimana: k = factor pengali dari tabel dibawah
Range dari nilai k Bentuk simpel tanpa flash Bentuk simpel dengan flash
Bentuk kompleks dengan flash
3-5 5-8 8-12
Y f = tegangan alir dari material pada temperature tempa A = luas proyeksi dari tempa termasuk flash
Pada Pada operas operasii tempa tempa panas, panas, tekana tekanan n tempa tempa sebena sebenarnya rnya dari dari kebany kebanyaka akan n logam biasanya bervariasi dari 550 sampai 1000 MPa mempunyai keuntungan keuntungan yaitu material utilisasinya utilisasinya cukup Closed-die forging mempunyai baik baik,, memi memili liki ki sifa sifatt yang yang lebi lebih h baik baik dari daripa pada da open-die dimensin sinya ya open-die forging forging, dimen mempunyai akurasi yang baik, laju produksinya tinggi, serta reproduksinya baik. Kelemahannya adalah harga die nya mahal, tidak baik untuk produksi yang sedikit dan machining sering diperlukan. memilikii keuntu keuntunga ngan n yaitu yaitu tolera toleransi nsi dimensin dimensinya ya cukup cukup Precisio Precision n forging forging memilik dekat, dekat, dapat digunakan webs dan flanges yang tipis, machining biasanya biasanya tidak diperlukan dan material utilisasinya sangat baik. Kelemahan dari tempa ini adalah memerlu memerlukan kan gaya gaya tempa tempa yang yang tinggi, tinggi, dies nya rumit rumit dan terdapa terdapatt ketent ketentuan uan tertentu untuk dapat menghilangkan tempa pada dies. Langkah – langkah dari menempa biasanya meliputi: 1. Siapkan slug, billet atau gunakan proses cropping , sawing atau cutting-off . Jika diperlukan bersihkan permukaan dengan menggunakan shot blasting 2. Untuk Untuk tempa tempa pana panas, s, panas panaska kan n workpiece pada tungku yang cocok dan jika diperlukan descale workpiece nya dengan menggunakan sikat kawat, jet air, uap atau dengan melakukan proses penggerusan
3. Untuk Untuk temp tempa a pana panas, s, pana panask skan an lagi lagi dan dan beri berika kan n pelum pelumas as untuk untuk diesnya, sedangkan untuk tempa dingin berikan pelumas untuk blank nya nya 4. Tempa billet nya nya dengan dengan menggun menggunaka akan n dies yang yang sesu sesuai ai dan dan deng dengan an rangkaian yang benar. Jika diperlukan buang material yang tidak berguna dengan menggunakan proses trimming, machining atau grinding 5. Bersihk Bersihkan an tempanya tempanya,, cek dimensin dimensinya, ya, dan jika diperlu diperlukan kan lakukan lakukan proses machine sehingga didapat dimensi akhir dan toleransi spesifik 6. Lakuka Lakukan n operasi operasi tamba tambahan han conto contohnya hnya straightening dan heat treating (untuk meningkatkan sifat-sifat material). Lakukan juga operasi penyelesaian yang diperlukan contohnya machining dan grinding 7. Periksa tempa jika ada ada internal internal dan dan eksterna eksternall cacat cacat
14.4 BERBAGAI MACAM OPERASI TEMPA
Berbagai macam proses dasar tempa sengaja diberitahukan agar kita dapa dapatt membu membuat at bent bentukuk-be bent ntuk uk dan dan ciri ciri dari dari produk produk tempa tempa yang yang sesua sesuaii dengan keinginan kita. Macam-macamnya adalah:
1. Coining Termasuk dalam proses closed yang bias biasan anya ya closed-di -die e forgin forging g yang digunakannya digunakannya untuk minting koin, koin, medali medali dan perhias perhiasan, an,.. Untuk Untuk meng mengha hasil silka kan n deta detail il yang yang baik, baik, teka tekana nan n yang yang dibut dibutuh uhka kan n bisa bisa melebih melebihii 5 sampai sampai 6 kali kali kekuat kekuatan an dari dari materia material. l. Peluma Pelumas s tidak tidak dapat diberikan pada coining karena pelumasnya dapat terjebak dalam rongga dies dan menceg mencegah ah reprodu reproduksi ksi yang yang penuh penuh pada pada permukaan detail die dan permukaan penyelesaian.
2. Heading Seri Sering ng diseb disebut ut seba sebaga gaii upset upset forgin forging g , heading merupakan proses upsetting yang biasa dilakukan pada ujung batang bundar atau atau kawa kawatt denga dengan n tujua tujuan n untuk untuk menin meningka gkatk tkan an cross cross section section. Contohnya Contohnya adalah adalah paku, sekrup, rivet, beberapa rivet, bolt heads dan beberapa maca macam m benda benda untuk untuk menge mengenc ncan angka gkan. n. Oper Operas asii heading biasa dilakukan pada mesin yang dinamakan headers yang biasanya laju
pembuat pembuatan an beberap beberapa a ratus ratus keping keping per menit menit untuk untuk parts yang kecil.
3. Piercin rcing g Merupakan proses indenting permukaan dari workpiece tetapi tidak mematahkan semuanya dengan menggunakan sebuah punch untuk untuk mengh menghas asilk ilkan an rongg rongga a yang yang diingi diingink nkan an.. Defo Deform rmas asii dari dari bergantung ung pada pada seberap seberapa a banyak banyak workpiece yang workpiece bergant dijaga agar tidak bergerak setelah dilakukan proses punch. Gaya piercing bergantung pada luar cross section dari ujung geometri dari punch, kekuatan material, besarnya gaya friksi pada interfaces .
4. Hubbing Proses ini terdiri dari menekan punch yang telah di keraskan dengan menggunakan geometri yang sesuai kedalam permukaan dari logam. Rongga yang terproduksi biasanya digunakan sebagai pembentukkan. Gaya hubbing dapat diperkirakan die pada operasi pembentukkan. dengan menggunakan rumus:
Hubbing force = 3(UTS)(A)
5. Orbi Orbita tall forg forgin ing g Merupakan proses dimana die yang lebih diatas bergerak sesuai dengan lintasan orbit. Operasi ini hamper sama dengan gerakan dari mortal dan pestle yang yang digunak digunakan an untuk untuk menghan menghancur curkan kan benih benih dan obat-o obat-obat batan. an. Walaupu Walaupun n jarang jarang digunak digunakan, an, kompon komponen en yang biasa digunakan untuk membuat ini adalah yang berbentuk disc conto contohnya hnya bevel aya temp tempa anya nya bevel gears gears dan gear gear blanks blanks. Gaya rela relativ tive e keci kecil, l, kare karena na pada pada bebera beberapa pa wakt waktu, u, konse konsent ntra rasi si die berkontak adalah luas yang kecil dari workpiece .
6. Increm Incrementa entall isothe isotherma rmall forging forging Pada proses ini, sebuah blank ditempa menjadi suatu bentuk dengan dengan menggun menggunakn akna a alat alat yang yang mirip mirip dengan dengan blank itu sendiri sendiri
dengan hanya beberapa langkah. Proses ini hamper mirip dengan dimana na die nya mempene mempenetra trasi si blank nya nya deng dengan an cogging, dima perbedaan kedalaman sepanjang permukaan. Karena luas kontak die nya kecil sehingga proses ini hanya memerlukan gaya yang kecil jika dibandingkan dibandingkan dengan conventional impression-die forging dan alat-alat yang digunakan lebih murah dan simpel.
7. Isot Isothe herm rmal al forg forging ing Disebut juga hot-die proses ini dipanas dipanaskan kan hot-die forging forging, die pada proses pada pada temp tempera eratu ture re yang yang sama sama denga dengan n temp tempera eratu ture re workpiece . Karena Karena tetap tetap panas, panas, kekuat kekuatan an yang yang rendah rendah dan keuleta keuletan n yang yang tinggi dari workpiece tetap dijaga selama tempa. Dies untuk tempa pana panas s dari dari padua paduan n bert bertem emper perat atur ur tingg tinggii biasa biasany nya a terb terbua uatt dari dari nickel atau paduan molybdenum (karena resistansinya resistansinya terhadap terhadap temperature tinggi), tetapi dies baja dapat digunakan untuk paduan aluminium. Isotherm itu maha mahall dan dan laju laju produk produksi sinya nya Isothermal al forging forging itu hanya sedikit, tetapi dapat menjadi ekonomis untuk spesialisasi, tempa yang yang rumit yang terbuat terbuat dari dari material material seperti aluminium aluminium,, titan titanium ium,, supe supera rallo lloys ys yang yang meme memerlu rluka kan n jumlah jumlah yang yang bany banyak ak sehingga penjualannya dapat menjadi lebih murah.
8. Rota Rotary ry swag swagin ing g Disebut juga tempa radial atau putaran tempa. Proses swaging ini dapa dapatt digun digunak akan an untu untu asem asembli bli yang yang coco cocok k pada pada kabe kabell dan dan kawat. kawat. Proses Proses ini digunak digunakan an untuk untuk operas operasii sepert sepertii pointing dan sizing .
9. Tube Tube swag swagin ing g Pada ada pros proses es ini, ini, dia diamete meterr dala dalam m dan dan teba teball dari dari tabun abung g dikurangkan dikurangkan dengan atau tidak digunakannya digunakannya internal mandrels . Untuk Untuk tabung tabung berdiam berdiamete eterr kecil, kecil, kawat kawat dengan dengan kekuat kekuatan an tinggi tinggi dapat digunakan sebagai mandrel.
14.5 Rotary Swaging Rotary Swaging biasa disebut juga swaging atau radial forging .
Prinsip kerja : workpiece dikenai beban impak yang berarah radial oleh dies yang bergerak bolak-balik. Selain bergerak bolak-balik, dies juga bergerak rotasi dengan gerakan yang mirip dengan roller bearing , sementara workpiece tetap diam. Pada proses swaging pipa, bentuk lubang yang diinginkan dapat dibuat dengan menggunakan mandrel . Bentuk penampang lubang yang dihasilkan adalah kebalikan dari penampang mandrel yang digunakan. Bentuk-bentuk penampang lubang yang bisa dihasilkan dengan penggunaan mandrel antara lain: segi empat, segi enam, hingga internal gear .
14.6 Desain Cetakan Forging
Parameter-parameter yang perlu diperhitungkan saat membuat cetakan forging adalah:
-
Kekuatan dan keuletan workpiece .
-
Sensitivitasnya terhadap laju deformasi dan temperature.
-
Karakteristik gesekan yang terjadi.
-
Bentuk dan tingkat kerumitan workpiece .
Hal yang paling penting dalam forging adalah bahwa workpiece akan mengalir pada arah yang memiliki paling sedikit hambatan. Karena itu, bentuk awal workpiece harus dibuat agar dapat mengisi rongga di dalam cetakan dengan baik.
14.7 Material Cetakan Dan Pelumasan
Kebanyakan proses forging, terutama untuk komponen-komponen besar, dilakukan pada temperature tinggi. Karena itu, persyaratan utama untuk material cetakan adalah :
-
Kekuatan dan ketangguhan pada temperature tinggi.
-
Hardenability dan kemampuan untuk mengeras secara seragam.
-
Ketahanan terhadap perubahan beban dan temperature yang mendadak.
-
Ketahanan terhadap aus.
Material yang banyak digunakan untuk cetakan adalah tool steels dan die steels. Unsur-unsur paduannya antara lain chromium, nickel, molybdenum, dan vanadium. Pelumasan sangat mempengaruhi gesekan dan keausan yang terjadi selama proses forging, karena itu akan memperkecil gaya yang dibutuhkan dan mempermudah
aliran logam dalam cetakan. Selain itu, pelumas juga menjadi perantara antara workpiece yang panas dan cetakan yang relative dingin, mengakibatkan penurunan
temperature workpiece menjadi lebih lambat. Akibatnya workpiece akan lebih mudah mengalir dalam cetakan. Kegunaan penting dari pelumas yang lain adalah agar workpiece tidak melekat dengan dinding cetakan.
14.8 Forgeability Forgeability didefinisikan sebagai kemampuan material untuk mengalami deformasi
tanpa terjadinya keretakan. Berikut ini adalah urutan forgeability beberapa jenis logam dari yang paling baik hingga yang paling buruk beserta temperature forging yang optimal.
Logam / Paduan
Temperatur forging rata-rata (oC)
Aluminum alloys
400-550
Magnesium alloys
250-350
Copper alloys
600-900
Carbon and low-alloy steels
850-1150
Martensitic stainless steels
1100-1250
Austenitic stainless steels
1100-1250
Titanium alloys
700-950
Iron-base superalloys
1050-1180
Cobalt-base superalloys
1180-1250
Tantalum alloys
1050-1350
Molybdenum alloys
1150-1350
Nickel-base superalloys
1050-1200
Tungsten alloys
1200-1300
Perhatikan bahwa forgeability bukan hanya bergantung pada temperature. Temperature forging rendah tidak berarti material itu memiliki forgeability yang baik.
14.9 Mesin Forging
Terdapat banyak jenis mesin forging , tapi secara umum dapat digolongkan sebagai mesin presses dan hammers.
14.9.1 Presses
Mesin press memiliki kecepatan pembebanan yang rendah. Mesin press dapat digolongkan lagi sebagai berikut :
-
Mesin press hidrolik = menggunakan tenaga hidrolik.
-
Mesin press mekanik = menggunakan system crank atau eccentric.
-
Mesin press ulir = menggunakan tenaga dari flywheel yang ditransmisikan dengan menggunakan ulir.
14.9.2 Hammers
Mesin hammers memiliki kecepatan pembebanan yang tinggi.
Mesin hammers dapat digolongkan lagi sebagai berikut :
-
Gravity Drop Hammers = ram dan cetakan dijatuhkan bebas, mengandalkan percepatan gravitasi.
-
Power Drop Hammers = ram dan cetakan dijatuhkan dengan diberi tambahan percepatan dari tenaga uap, udara, atau hidrolik.
-
Counterblow Hammers = memiliki dua cetakan yang bergerak berlawanan arah untuk menjepit workpiece, baik horisontal ataupun vertikal.
-
High-Energy-Rate Machines = Ram dan cetakan diberi percepatan dari gas inert pada temperature tinggi. Memiliki kecepatan pembebanan yang sangat tinggi.
14.10 Tahapan Proses Forging
Umumnya, proses forging memiliki langkah-langkah sebagai berikut : 1. Siapkan slug, billet, atau workpiece untuk diberi bentuk awal. 2. Pada hot-forging, masukkan workpiece ke tungku dengan temperature sesuai. Bila perlu, buang scale (oksida) yang terbentuk setelah proses pemanasan. 3. Pada hot-forging, panaskan pelumas dan lumasi cetakan. Untuk cold-forging, cukup lumasi cetakan saja. 4. Lakukan proses forging dengan cetakan dan metode yang tepat. Bila perlu, buang material yang berlebih ( flash ) dengan proses pemesinan. 5. Bersihkan hasil forging , ukur dimensinya, lakukan proses pemesinan bila dimensi yang dihasilkan tidak tepat. 6. Periksa hasil forging, apakah terdapat cacat, baik internal maupun eksternal. 14.11 Proses Pembuatan Cetakan
Proses yang diperlukan untuk membuat cetakan antara lain casting, forging, machining, grinding, dan metode-metode electrical dan electrochemical. Proses hubbing , baik panas atau dingin dapat dipakai untuk membuat cetakan-cetakan
kecil atau membuat rongga yang sempit pada cetakan. Kemudian biasanya dilakukan heat treatment untuk meningkatkan kekerasan dan ketahanan aus. Bila perlu dilakukan surface finish seperti grinding dan polishing.
14.12 Kegagalan Cetakan
Kegagalan cetakan dalam proses manufaktur umumnya diakibatkan oleh :
-
Desain cetakan yang tidak tepat.
-
Pemilihan material yang tidak tepat.
-
Proses heat treatment dan surface finishing yang tidak tepat.
-
Cetakan terlalu panas ( overheating) dan heat checking (keretakan karena perubahan temperature yang terus menerus).
-
Keausan yang berlebihan.
-
Pembebanan yang berlebihan.
-
Kesalahan penggunaan.
-
Kesalahan penanganan seperti perakitan cetakan yang salah.
BAB 15 Ekstrusi Impak
Ekstrusi impak sama seperti ekstrusi tak langsung, dan prosesnya termasuk dalam kategori ekstrusi dingin. Karena kekonstanan volume, ketebalan tubuler terekstrusi adalah suatu fungsi dari clearance antara punch dan die cavity. Contoh produk ekstrusi impak adalah part automotif, collapsible tubes, dan pressure vessel kecil. Ekstrusi impak dapat memproduksi bagian tubular berdinding tipis. Oleh karena itu, simetri bagian dan konsentrisitas punch dan blank sangat penting.
15.5
Cacat pada Ekstrusi
Ada 3 cacat : 1. Surface Cracking (Retak Permukaan) : terjadi saat temperatur, gesekan, dan kecepatan terlalu tinggi dan saat temperatur permukaan menigkat tajam. Cara untuk menghindari cacat ini adalah menurunkan temperatur billet dan kecepatan ekstrusi. Dapat juga terjadi saat temperatur rendah, yaitu saat produk menempel pada die secara periodik. Cacat ini dinamakan cacat bambu (bamboo defect). 2. Pipe : terjadi karena oksida dan impuritas tertarik ke tengah billet, sehingga membentuk bentuk seperti corong. Cacat ini dapat diminimalisasi dengan memodifikasi pola aliran logam agar lebih seragam, misalnya dengan mengontrol gesekan dan menurunkan gradien temperatur. 3. Retak Dalam (Internal crackinl ) : umumnya terjadi pada tengah produk. Retak dalam akan terjadi jika sudut die dan impuritas meningkat. Retak akan menurun jika rasio ekstrusi dan gesekan meningkat. Retak Chevron : jika tak dilakukan inspeksi maka akan sulit dideteksi dsan akan menimbulkan kerusakan saat pemakaian komponen.
15.6
Peralatan Ekstrusi
Peralatan dasar Kelebihannya :
proses
ekstrusi
adalah
mesin
proses
hidrolik
horizontal.
1. Langkah dan kecepatan dapat diatur. 2. Mampu menghasilkan gaya yang konstan untuk langkah yang panjang, sehingga billet panjang dapat digunakan dan laju produksi dapat ditingkatkan. Mesin hidrolik vertikal biasanya digunakan untuk ekstrusi dingin. Kelebihannya adalah membutuhkan ruang yang lebih kecil daripada mesin horizontal.
15.7
Drawing Process
Drawing (proses penarikan) : proses yang digunakan untuk mengurangi
penampang dari kawat atau batang bulat. Kecepatan drawing bergantung pada material dan pengurangan penampang, yaitu 1-2,5 m/s untuk berat dan 50 m/s untuk kawat halus. Reduksi penampang terjadi antara mendekati nol sampai 45%. Karena adanya work hardening, maka perlu adanya annealing diantara proses penarikan. Gaya penarikan : F = Yavg . Af . ln (Ao/Af )
15.8
Drawing Practice
Die untuk penarikan batang bulat : Sudut die yang digunakan biasanya 15 derajat. Material die untuk proses penarikan adalah baja perkakas dan karbida. Untuk meningkatkan ketahanan aus, baja dilapisi krom atau karbida dilapisi nitrida tinanium. Mandrel yang digunakan untuk proses penarikan tabung biasanya dari baja perkakas dam karbida. Karena bersifat kurang tahan tegangan tarik, kurang tangguh, dan mahal, umumnya karbida dan intan disisipkan di selongsong baja.
Pelumasan yang dilakukan berfungsi untuk menambah umur die, mengurangi gaya penarikan yang terjadi dan temperatur, dan meningkatkan kualitas permukaan produk. Metode pelumasan : 1. 2. 3. 4.
Wet Drawing : die dan rod dicelupkan ke pelumas. Dry Drawing : permukaan rod dilapisi pelumas. Coating : rod dilapisi dengan logam lunak sebagai pelumas padat.
Menggetarkan die dan mandrel dengan menggunakan getaran ultrasonic.
15.9Cacat pada Drawing
Cacat pada drawing sama seperti cacat pada proses ekstrusi, terutama center cracking. Cacat lainnya : 1. Seam : goresan secara longitudinal atau lipatan pada material hasil proses penarikan. 2. Cacat permukaan seperti goresan, bekas/jejak die yang umumnya terjadi karena kesalahan memilih parameter produksi, pelumasan jelek, dan die buruk. Karena terjadi deformasi, maka produk yang ditarik dingin punya mempunyai tegangan sisa. Produk hasil penarikan yang tak lurus dapat diperbaiki dengan cara
melewatkan produk tersebut pada susunan roll yang dipasang dengan sumbu yang berbeda.
15.10 Peralatan Drawing
Draw bench : berisikan sebuah die dan desainnya sama seperti mesin uji tarik horizontal. Gaya penarikan berasal dari pergerakan rantai atau diaktifkan secara hidrolik.
Ekstrusi dan Drawing (penarikan) untuk Logam 15.1 Pendahuluan Pada ekstrusi, cylindrical billet didorong melewati sebuah cetakan, perilaku ini serupa dengan mengeluarkan pasta gigi lewat tube.
Karakteristik dari ekstusi adalah deformasi besar yang dapat terjadi tanpa menyebabkan kegagalan pada material (karena material berada di bawah tekanan kompresi triaksial saat diekstrusi).
Produk yang biasanya dibuat dengan cara ekstrusi antara lain: rel pintu geser, bingkai jendela, dan berbagai macam struktur dan bentuk arsitektural. Hasil ekstrusi dapat dipotong sesuai ukuran yang diinginkan, seperti dalam pembuatan gear, braket, dan berbagai macam komponen lain. Ekstrusi pada temperature kamar sering dikombinasikan dengan proses forging (sering disebut cold extrusion). Hasil ekstrui ini memiliki berbagai macam aplikasi di antaranya: alat pengunci dan komponen pada mobil, sepeda, alat berat dan lain sebagainya.
Drawing adalah sebuah operasi di mana batang solid, kawat , atau tubing direduksi atau diubah bentuknya dengan cara ditarik. Batang drawn digunakan untuk poros, spindle, piston kecil, dan material untuk pengunci (paku rivet, baut, sekrup).
15.2 Proses Ekstrusi Ada 3 jenis dasar ekstrusi. Yang paling dikenal yaitu ekstrusi langsung. Dimana billet teletak di suatu wadah da didorong melalui die oleh ram hidrolik. Fungsi dummy block untuk melindungi ujung dari tekanan batang (dalam hot extrusion). Jenis lain ekstrusi yaitu: ekstrusi tak langsung, hidrostatik, dan impak.
Ekstrusi tak langsung, die bergerak melewati unextruded billet. Ekstrusi hidrostatik, diameter billet lebih kecil dari chamber, dan tekanan diteruskan ke billet melalui ram.
Gaya ekstrusi
F=Ao k ln (Ao/Af ) Di mana
Ao= Luas sebelum ekstrusi
Af = Luas setelah ekstrusi k = konstanta
Aliran logam pada proses ekstrusi
Aliran logam pada proses ekstrusi dengan cara longitudinal, seperti aliran fluida inkompresibel pada pipa. Hasil ekstrusi akan memiliki struktur butir yang terelongasi. Dead metal zone terjadi pada bagian di mana logam stasioner.
Parameter proses
Range rasio ekstrusi sekitar 10 sampai 100. Memungkinkan lebih tinggi untuk aplikasi khusus dan lebih rendah untuk material getas. Hasil ekstrusi biasanya memiliki panjang di bawah 7.5 meter. Range kecepatan ram sampai dengan 0.5 m/s.
Toleransi dimensi untuk ekstusi sekitar +/- 0.25 – 2.5 mm.
15.3 Hot extrusion Hot extrusion diaplikasikan untuk logam ang tida memiliki keuletan pada temperature kamar, sehingga temperature ditinggikan saat ekstrusi. Oleh karena bilet panas, maka terdapat lapisan oksida yang dapat abrasifdan memepengaruhi aliran material. Desain Die
Square die digunakan untuk ekstrusi logam non ferrous (terutama aluminium) Tubing diekstrusi dari hollow billet. Ketebalan dindingnya biasanya memiliki batas mpai 1 mm untuk aluminium, 3 mm untukcarbon steel, dan 5 mm untuk stainless steel.
Material die
Material yang digunakan biasanya hot-worked die steel. Coating dapat digunakan untuk memperpanjang usia material.
Pelumasan
Pelumasan angat penting dalam proses ekstrusi karena memiliki efek pada -
Aliran material saat ekstrusi
-
Integritas dan permukaan hasil
-
Kualitas produk
-
Gaya ekstrusi
Glass adalah pelumas terbaik untuk baja, stainless steel, dan logam temperatur tinggi. Untuk logam yang memiliki kecenderungan untuk menempel ke wadah dan die nya, billet dapat dilapisi oleh dinding berlapis tebal terbuat dari logam yang lebih lunak seperti tembaga. Proses ini disebut jacketing atau coating.
15.4 Cold Extrusion
Cold extrusion adalah istilah umum yang biasa digunakan untuk kombinasi operasi seperti ekstrusi langsung dab tak langsung dan forging. Cold extrusion digunakan untuk komponen pada mobil, sepeda, motor, dan lain sebagainya. Di mana gayanya F = 1.7 Ao Yavg ε Dimana
Yavg = debit rata-rata ε = true strain
Keuntungan cold extrusion dibandingkan hot extrusion -
Memperbaiki sifat material dari work-hardening
-
Kontrol toleransi dimensi baik
-
Memperbaiki permukaan akhir
-
Harga produksi lebih kompetitif
Pelumas yang paling baik adalah pemakaian phosphate conversion coating pada benda kerja diikuti dengan pelapisan lilin. Pemilihan dan desain tooling dan material die adalah hal yang sangat penting agar ekstrusi berhasil.
Tugas Resume Prosman (Muhammad Arief H 13106141, Luthfi A 13106067)
Bab 17 Proses Serbuk Logam
Pada bab ini membahas mengenai serbuk metaluurgi yang mana dibuat untuk bentuk-bentuk yang lebih rumit dan di sintering( dipanaskan tanpa meleleh) untuk dibentuk menjadi bagian-bagian yang solid. Contoh-contoh bagian atau komponen yang di buat dari serbuk metalurgi adalah :
• • • • • • • •
Bola yang terdapat pada bolpoin Komponen-komponen otomotif Peralatan baja, karbida tungsten, die material Grafit yang menjadi isi tembaga pada motor listrik Bahan-bahan magnetik Penyaring logam Busa logam Dll
Proses serbuk logam terdiri dari operasi berikut ini :
1. 2. 3. 4. 5.
Produksi serbuk Blending Compaction Sintering Operasi penyelesaian
Metode-metode dalam produksi serbuk :
Bentuk-bentuk partikel pada serbuk logam :
Bentuk pada scanning mikroskop elektron :
a. Partikel serbuk besi dari proses Atomisasi b. Partikel serbuk nickel-based superalloy
Beberapa metode-metode atomisasi produksi serbuk logam :
a. b. c. d.
Atomisasi gas Atomisasi Air Atomisasi dengan elektroda yang dirotasi Sentrifugal atomisasi dengan memutar piringan atau cup
Pada sentrifugal atomisasi, molten-metal steam dimasukkan ke dalam piringan atau cup yang dirotasi secara cepat, maka gaya sentrifugalnya akan memisahkan molten-metal steam dan menggerakkan partikel. Ada beberapa langkah dalam sentrifugal atomisasi :
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
Reduksi Deposisi elektrolitik Karbonil Comminution Mechanical Alloying Metode miscellaneous Serbuk Nano Serbuk Microencapsuled
Gambar metode comminution untuk mendapatkan partikel yang baik:
Proses Blending adalah proses berikut dari proses serbuk metalurgi. Tujuan dari blending ini adalah untuk:
•
•
•
•
Serbuk dari logam-logam yang berbeda dan bahan lain dapat di campur (mixed) dalam rangka untuk memberi sifat fisik dan mekanik khusus menjadi produk P/M. Serbuk dapat di variasikan dalam berbagai ukuran dan bentuk, karenanya mereka harus di blend untuk mendapatkan keseragaman dari bagian ke bagian. Lubricants (minyak pelumas) dapat di campurkan ke serbuk untuk meningkatkan karakteristik arus. Aditif lain yang ditambahkan digunakan untuk mengembangkan kekuatan Green.
Gambar metode blending :
Compaction adalah langkah dalam proses serbuk metalurgi setelah serbuk blended ditekan menjadi macam bentuk dalam dies. Tekanan yang digunakan disebut sebagai Green compact . Bagian-bagian green sangat rapuh dan dapat remuk atau hancur secara mudah. Untuk mendapatkan kekuatan green yang lebih tinggi, serbuk harus diberi penambahan secara benar sampai menjadi die cavity.
Gambar metode compaction :
Tekanan yang dibutuhkan untuk menekan serbuk besi berkisar antara 70 Mpa (untuk Al) sampai 800 Mpa ( untuk besi berdensitas tinggi). Kapasitas tekan yang biasa digunakan 1,8 sampai 2,7 MN, untuk banyak aplikasi kurang dari 0,9 MN.
Green compact dapat dijadikan tekanan hidrostatik dalam rangka untuk mencapai
keseragaman compaction dan juga densitas. Pada Cold Isostatic Pressing (CIP), serbuk besi ditempatkan dalam cetakan karet yang fleksibel seperti karet neoprene, urethane, PVC, dan elastomer lainnya. Pada Hot Isostatic Pressing (HIP), wadah yang umumnya dibuat dari high-melting-point sheet metal, dan diberi tekanan sedang adalah gas inert temperatur tinggi atau cairan vitreous (glasslike).
Gambar skematik proses CIP :
Powder-Injection Molding (PIM) atau juga dikena sebagai Metal-Ijection Molding (MIM), dalam proses ini serbuk logam yang sangat baik (<10μm) di blended dengan 25 sampai 45% polimer. Campurannya kemudian mengalami proses serupa sampai die casting. Cetakan bagian green ditempatkan pada oven temperatur rendah untuk membakar plastik (debinding). Bagiannya kemudian disinter di tungku pada temperatur tinggi 1375° C. Keuntungan utama dalam powder-injection molding adalah :
•
• • •
Bentuk kompleks yang mempunyai dinding ketebalan sekecil 5 mm dapat dicetak dan dipindahkan secara mudah dari dies Sifat mekanik hampir sama pada produk yang dibuat/ditempa Toleransi dimensi baik Laju produksi tinggi dapat dicapai dengan menggunakan multicavity dies
Beberapa metode PIM :
• •
Rolling Ekstrusi
• • •
Presureless compaction Deposisi spray Cetakan keramik
Gambar ilustrasi rolling :
Gambar metode deposisi spray:
Sintering adalah proses dimana green compacts dipanaskan dalam tungku atmosfer atur sampai temperaturnya di bawah titik leleh tetapi cukup tinggi untuk berfusi pada partikel.
Ilustrasi sintering:
Tungku continous-sintering, yang mana digunakan untuk produksi mempun yai 3 kamar :
• • •
Burn off chamber High temperatur chamber Cooling chamber
Secondary and finishing operation, beberapa penambahan setelah sintering :
1. Coining dan sizing 2. Preformed and sintered alloy-powder 3. Powder metal parts:
• • • •
Machining Grinding Plating Heat treating
4. The inherent porosity of P/M component 5. Infiltrasi
Gambar Pendesainan :
BAB 18 FORMING AND SHAPING
PLASTICS AND COMPOSITE MATERIALS
Karakteristik Proses-Proses Pembentukan dan Shaping untuk Material Plastik dan Komposit •
Ekstrusi Penampang kompleks padat dan berongga, panjang, uniform; kecepatan produksi tinggi; biaya perkakas rendah; toleransi lebar.
•
Cetak Injeksi Bentuk kompleks dengan ukuran bervariasi, laju produksi tinggi; biaya perkakas relative mahal; keakuratan dimensi baik.
•
Structural foam molding
Bagian-bagian yang besar dengan perbandingan kelenturan-berat tinggi; perkakas lebih murah daripada injection molding ; laju produksi rendah. •
Blow molding Part yang tipis dengan ukuran bervariasi; laju produksi tinggi dan ongkos murah.
•
Rotational molding
Ongkos perkakas murah; laju produksi rendah. •
Thermoforming compression molding
Perkakas relative mahal; laju produksi medium. •
Transfer molding
Part yang dihasilkan lebih kompleks daripada compression molding dan laju produksi lebih tinggi; ongkos perkakas tinggi. •
Pengecoran Bentuk yang dihasilkan sederhana dengan cetakan yang fleksibel; laju produksi rendah.
•
Pemrosesan material komposit Butuh waktu yang lama; ongkos perkakas tergantung pada proses.
Proses Pembentukan dan Shaping
Outline proses-proses pembentukan dan shaping untuk material plastic, elastomers, dan komposit.
Extruder
Ilustrasi sebuah extruder .
Geometri die (coathanger die) untuk ekstrusi lembaran.
Ilustrasi dari produksi film tipis dan kantung plastic, pertama ekstruder dibuat tabung dan kemudian ditiup udara.
Injection Molding
Cetak injeksi dengan (a) plunger , (b) reciprocating rotating screw.
Contoh produk yang dibuat dengan mesin cetak injeksi, memperlihatkan beberapa produk yang dibuat dalam satu kali injeksi di mana terdapat sprues, runners, dan gates.
Contoh produk hail cetak injeksi, termasuk di dalamnya contoh insert molding .
Mesin Cetak Injeksi
Mesin cetak injeksi 2.2-MN (250-ton). Tonase menyatakan gaya yang diberikan untuk menjaga agar cetakan tetap rapat selama injeksi plastic cair ke dalam rongga cetakan. Reaction-Injection Molding
Ilustrasi proses reaction-injection molding . Blow Molding
Ilustrasi dari (a) proses cetak tiup untuk botol minuman, dan (b) mesin cetak tiup dengan tiga station.
Rotational Molding
proses cetak rotasi (rotomolding atau rotocasting ). Asbak, tempat minum, buckets, dan bola plastic dapat dibuat dengan proses ini.
Proses-Proses Thermoforming
Berbagai proses thermoforming untuk lembaran thermoplastic. Proses-proses ini biasa digunakan membuat tanda advertensi, baki kue dan permen, panel, dan berbagai pengepak.
Compression Molding
Jenis-jenis cetak kompresi, mirip dengan proses forging : (a) positive, (b) semipositive, (c) flash. Flash tersebut harus dipotong. (d) desain die untuk membuat part dengan cetak kompresi dengan undercuts.
Transfer Molding
Urutan operasi pada transfer molding untuk plastic thermosetting . Proses ini sangat sesuai untuk part kompleks dengan variasi ketebalan dinding.
Casting, Potting and Encapsulation
Ilustrasi dari (a) casting , (b) potting , (c) encapsulation of plastics.
Calendering and Examples of Reinforced Plastics
Ilustrasi dari calendaring . Lembar yang dihasilkan dari proses ini sebagian digunakan di thermoforming .
Komponen plastic berpenguat untuk sepeda motor Honda. Part yang ditunjukkan adalah garpu depan dan belakang, swingarm belakang, roda, dan piringan rem.
Prepegs
(a) Proses manufaktur polimer dengan komposit matriks. (b) Boron-epoxy prepeg tape.
Tape Lying
Layup lapis tunggal dari boron-epoxy tape
untuk stabilizer horizontal pesawat temper F-14.
Sistem pelapisan tape CNC dengan 10 sumbu. Mesin ini mampu untuk melapis lebar tape sampai 75 mm dan 150 mm pada kontur sampai dengan sekitar 30 o dan dengan kecepatan mencapai 0,5 m/s.
Sheet Molding
Proses manufaktur untuk menghasilkan lembar plastic berpenguat ( reinforced ). Lembar ini tetap bersifat viscous pada tahap ini; selanjutnya masih dapat dibentuk menjadi berbagai produk.
Contoh Proses Molding
(a) Vacuum bag forming (b) pressure bag forming.
Metode manual pemrosesan plastic berpenguat: (a) hand lay-up dan (b) spray-up. Metode-metode seperti ini disebut juga sebagai open-mold precessing .
a.
penggulungan kumparan b. Penggulungan gelas serat di atas silinder aluminium
Ilustrasi proses pultrusi
Contoh modifikasi desain a. Perubahan desain yang dianjurkan untuk meminimasi distorsi. b. Desain Die untuk ektrusi penampang segi empat. c. Perubahan desain pada sirip, meminimumkan Pull-in karena pengkerutan saat pendinginan. d. Penguatan alas container plastikyang tipis dengan membuat cembung (doming). Gambar bias dilihat di bawah
Ilustrasi proses
Perbandingan biaya dan volume produksi untuk pemrosesan plastik
Kuantitas Produksi ekonomis untuk berbagai metode molding
Bab 19 Rapid – Prototyping Operations
19.1 Introduction Sebuah teknologi baru yang mempercepat proses pengembangan produk iteratif adalah konsep dan kegunaan dari rapid prototyping . Keuntungan dari rapid prototyping adalah sbb : •
Model fisik dari komponen diproduksi dari CAD data file dapat dimanufaktur dalam beberapa jam, untuk mengijinkan evaluasi yang cepat dari kemampuan manufaktur dan efektivitas desain. Dalam hal ini, rapid prototyping menyajikan sebuah alat penting untuk visualisasi verifikasi konsep.
•
Dengan material yang sesuai, prototype dapat digunakan dalam operasi manufaktur berikutnya untuk mendapatkan komponen akhir. Dalam hal ini, rapid prototyping menyajikan sebuah teknologi manufaktur yang penting.
•
Operasi rapid prototyping dapat digunakan pada beberapa aplikasi untuk memproduksi alat – alat untuk operasi manufaktur. Dalam hal ini, prototype dapat mendapatkan alat dalam beberapa hari.
Tabel 19.1
19.2 Subtractive Processes Membuat sebuah prototype telah lama melibatkan proses manufaktur yang menggunakan variasi dari alat dan mesin ; biasanya itu membutuhkan waktu dari minggu hingga bulan, tergantung dari kompleksitas komponen. Hingga saat ini, pendekatan ini membutuhkan operator yang berskill tinggi, menggunakan pemotong logam dan mesin finishing konvensional, untuk menjalankan operasi satu per satu, hingga prototype selesai. Sekarang, Subtractive Processes menggunakan teknologi berbasis komputer untuk meningkatkan kecepatan proses. Pendekatan penting ini melibatkan beberapa teknologi seperti : 1. Computer – based drafting package, yang dapat memproduksi gambar 3 dimensi dari komponen. 2. Interpretation software, yang dapat menterjemahkan file CAD ke dalam format yang bisa digunakan software manufaktur.
3. Manufacturing software, yang mampu merencanakan kebutuhan operasi pemesinan untuk menghasilkan bentuk yang diinginkan. 4. Computer – numerical - control machinery, dengan kemampuan yang dibutuhkan untuk memanufaktur komponen
19.3 Additive Processes Operasi additive rapid prototyping semuanya membuat komponen pada layer. Semua operasi membutuhkan software gabungan. Rapid prototyping membutuhkan masukan dari operator untuk mengatur file computer yang sesuai dan inisiasi proses produksi. 19.3.1 Fused - Deposition Modelling Fig. 19.3 Fused - Deposition Modelling terdiri dari extruder yang dikendalikan oleh komputer yang melalui sebuah filamen polimer yang disimpan untuk menghasilkan komponen satu per satu. 19.3.2 Stereolithography Fig. 19.5 Stereolithography meliputi sistem laser fokus yang dikontrol komputer yang dapat memperbaiki cairan plimer termosetting yang mengandung photosensitive curing agen. 19.3.3 Selective Laser Sintering Selective Laser Sintering (SLS) adalah proses berbasis pada sintering dari bubuk non metallic dengan selektif ke sebuah objek individu. Elemen dasar dalam proses ini ditunjukkan oleh gambar 19.7. Ruang terakhir dari proses dilengkapi dengan 2 silinder : a. Silinder pemberi bubuk, yang bertambah untuk menyuplai bubuk ke komponen silinder melalui mekanisme roller. b. Komponen silinder yang berkurang di mana part sintered dibuat.
Gambar 19.7 19.3.4 Solid – Based Curing Gambar 19.8 Solid – Based Curing meliputi perbaikan seluruh lapisan pada suatu waktu dengan lampu ultraviolet, dan kemudian menghapusnya dengan air bercampur lilin untuk mengisi daerah yang tidak diperbaiki. Itu menghasilkan pengisian yang lebih tinggi dari proses lainnya. 19.3.5 Ballistic Particle Manufacturing Gambar 19.9
Ballistic Particle Manufacturing (BPM dan proses terkait dari gambaran 3 dimensional) menggunakan mekanisme inkjet untuk menyimpan cairan droplet dari material prototyping. 19.3.6 Laminated Objek Manufacturing Gambar 19.10 Laminated Objek Manufacturing (LOM) menggunakan lapisan lembaran plastik atau kertas dengan perekat pada salah satu sis untuk memproduksi komponen. Bentuk yang diinginkan dibakar ke dalam kertas dengan laser, dan komponen dibuat lapis demi lapis.
19.4 Virtual Prototyping Virtual Prototyping adalah bentuk software dr prototipe, menggunakan grafik canggih dan gambaran lingkungan nyata untuk mengijinkan desainer untuk memeriksa komponen. Dalam hal ini, teknologi ini digunakan oleh CAD untuk memisahkan komponen, jadi desainer dapat melihat dan mengevaluasi komponen seperti yang digambar. Bagaimanapun, sistem virtual prototyping seharusnya dikenal sebagai kasus ekstrem dari pemisahan detail.
19.5 Applications 19.5.1 Aplikasi di komponen individu Gambar 19.11 Komponen polimer yang bisa didapatkan dari variasi operasi rapid prototyping berguna tidak hanya untuk evaluasi desain dan pemecahan masalah; untungnya proses ini bahkan dapat digunakan untuk manufaktur produk secara langsung. Sayangnya itu sering tidak sesuai, untuk alasan fungsional, untuk menggunakan komponen metallic, di mana perkembangan terbaik dan operasi rapid prototyping yang paling banyak tersedia meliputi benda kerja polimer. 19.5.2 Rapid tooling Gambar 19.12 Kesulitan utama yang harus dihadapi dalam penggunaan operasi rapid prototyping adalah banyaknya waktu yang dibutuhkan. Keuntungan dari rapid prototyping adalah waktu produksi yang pendek untuk komponen individual dibandingkan pendekatan lain. Komponen yang dapat berisi sebuah kubus 150 mm (6 inchi) dapat dimanufaktur melalui stereolithography dalam 8 jam atau jadi waktu yang diproduksi dapat lebih cepat daripada melalui proses lain. Bagaimanapun, jika sejumlah dari ribuan komponen jenis ini dimanufaktur, aktu yang diperlukan untuk memproduksi seluruh komponen secara langsung melalui rapid prototyping adalah berlebihan.
Bab 20 Dasar Pemesinan Proses pemesinan merupakan proses melepaskan bagian permukaan benda kerja dengan menghasilkan geram (chips)
Contoh-contoh pemesinan adalah:
- turning - boring - milling - Drilling - Reaming - Tapping - Broaching - Sawing Proses pemesinan mempunyai variabel ketergantungan (depended variable) dalam proses pemotongan adalah sebagai berikut:
-
material, coating dan kondisi tool bentuk, surface finish dan ketajaman tool material, kondisi dan temperatur benda kerja parameter pemotongan seperti kecepatan, makan dan kedalaman pemotongan. Fluida pendingin Karakteristik dari machine tool, seperti kekakuan dan damping. Pemegang benda kerja dan ke-fix-an.
Selain itu variable ketergantungan tergantung pada faktor variabel independen, sbb:
- jenis geram yang dihasilkan. - Energi dan gaya yang dikeluarkan dari proses pemotongan. - Kenaikan temperatur pada benda kerja, geram dan tool. - Kegagalan dan keausan pada tool. - Surface finish yang dikenai stelah proses pemesinan.
Mekanime pembetukan geram
mekanisme pembentukan geram adalah dari benda kerja diberi gaya pada benda kerjanya maka benda kerja tersebut akan tergeser dan pada kedalaman tertentu pergeseran tersebut akan berhenti dan digantikan dangan pergeseran geram yang lain. Untuk lebih jelas berikut gambar pembentukan geram pada metal cutting.
Ketebalan geram dapat ditentukan dari kedalaman pemotongan, rake angle dan shear angle:
r = cutting ratio t0 = kedalaman potong Φ = shear angle α = rake angle
dari figure diatas kita juga dapat menentukan shear strain:
Serta jika β adalah sudut friksi maka koefisien friksi dapat ditentukan
Dari grafik diatas juga dapat ditentukan kedalaman potong dengan menggunakan kecepatan:
Jenis- jenis geram yang Dihasilkan pada Metal Cutting
Jenis-jenis geram yang dihasilkan adalah: 1. Continuous Chips jenis ini biasanya terbentuk pada material yang ulet dan mempunyai kecepatan pemotongan yang besar. Dalam continuous chips biasanya menghasilkan permukaan yang bagus. Deformasi pada jenis geram ini terjadi pada preimar shear zone yang luas dengan batasan yang melengkung.
Photo micrographs dari continuous chips: a) continuous chips dengan primary shear zone yang lurus dan miring. b) secondary shear zone pada interface chips tools. c) continuous chips dengan primary shear zone yang besar. d) continuous chips dengan built-edge. e) nonhomogeus chips. f) discontinuous chips 2. Built-up edge Yaitu suatu layer material dari benda kerja yang terbentuk secara bertahap pada tool. Built-up edge semakin lama akan semakin besar dan akan menjadi tidak seimbang dan terlepas dan akan menempel di ujung pahat ataupun terpencar secara random. Built-up edge dapat meningkatkan kekerasan secara signifikan. Kecenderungan untuk terjadinya built-up edge dapat dikurangi dengan: a. b. c. d.
mengurangi kedalaman potong meningkatkan rake-angle menggunakan tool yang tajam menggunakan cutting fluid yang baik
3. Serrated Chips
Serrated chips atau non-homogeus chips adalah semicontinuous chips dengan geram zona yang rendah dan shear strain yang tinggi. Geramnya mempunyai berbentuk seperti mata gergaji. 4. Discontinuous Chips Discontinuous chips merupakan geram yang terpasang satu sama lain dengan kuat ataupun lemah. Discontinuous chips biasanya terbentuk dari syarat sebagai berikut: a. benda kerja yang getas, karena dia tidak bisa menahan shear stress yang ada. b. Benda kerja yang mempunyai kecacatan dan keinklusi yang besar. c. Kecepatan pemotongan yang sangat rendah maupun sangat besar. d. Kedalaman potong yang besar e. Rake-angle yang rendah f. Cutting fluid yang tidak efektif g. Machine tools yang tidak kaku 5. Chip Curl Pada proses pemotongan pada metal, dan juga material lainnya seperi karbon dan kayu, mereka akan meninggalkan geram yang berbentuk kurva. 6. Chip Breakers Continuous chips yang panjang tidak diharapkan pada proses pemesinan karena selain mengganggu keselamatan kerja, juga dapat ber interferensi dan mengganggu proses pemesinan itu sendiri
Cutting Forces and Power Koefisien gesek
Dari gambar diatas dapat dihitung friksi yang ada:
Thrust force Thrust force perlu dihitung karena untuk mengetahui besaran kekakuan pada tool holder, pemegang benda kerja yang dipengaruhi oleh gaya ini.
Pengukuran cutting force Pengukuran cutting force dapat dilakukan pada dynamometer atau force transducer.
Power Daya yang diperlukan untuk cutting adalah.
dengan
21.4 Temperatur dalam Pemotongan Kenaikan temperatur merupakan hal yang sangat penting dalam pemesinan, karena:
1. Temperatur yang berlebihan menurunkan kekuatan kekerasan kekakuan tahanan terhadap aus pada pahatnya dan menyebabkan perubahan sifat material spesimen • • • •
2. Kenaikan panas menyebabkan berubahnya dimensi spesimen sehingga susah dalam menentukan toleransi dan ketelitiannya Hubungannya,
dengan Yf
Tmean
= temperatur rata-rata (0F)
= aliran tegangan (Pa)
Vto
= kecepatan potong (in / s)
ρc
= spesifik volum (in – lb/ in 3 - 0F)
K
= thermal diffusivity (in2 / s)
dengan
f
= makan
a
= 0.2 (untuk carbide)
b
= 0.125 (untuk carbide)
Distribusi Temperatur
Pada daerah pemotongan akan terjadi gradien temperature yang tajam.
Permulaan gradien temperatur dan saat maksimumnya terjadi sama dengan setengah temperatur bagian dalam dari pahat.
Teknik untuk Menentukan Temperatur
Thermocouple (menentukan temperatur rata-rata) Infrared radiation (menentukan temperatur pada permukaan)
21.5 Aus dan Kegagalan pada Pahat Yang mempengaruhi keausan, yaitu:
• • •
tegangan lokal yang tinggi pada ujung pahat temperatur tinggi geseran pada ujung pahat dan spesimen
Kecepatan pada keausan dipengaruhi oleh: • • • • •
material dari pahat dan spesimen geometri pahat parameter proses cutting fluid karakteristik machine tool
Penyebab keausan • • •
flank wear ,plastic deformation of the tool tip crater wear ,chipping notching ,gross fracture
Flank Wear
Gesekan menyebabkan adesif dan abrasive aus Temperatur tinggi menyebabkan perubahan sifat material
dengan T = waktu C = konstan n = exponen V = kecepatan
Karena kecepatan merupakan hal yang penting dalam umur pahat, maka
dengan d = kedalamn potong f = makan n = 0.15 x = 0.15 y = 0.6
Kurva Umur Pahat
umur pahat berkurang dengan meningkatnya kecepatan
material spesimen sangat mempengaruhi umur dari pahat
Keausan yang Diperbolahkan
Pahat ditajamkan kembali ketika: • • •
permukaan yang dihasilkan pada spesimen memburuk gaya untuk memotong membesar secara signifikan temperatur naik secara signifikan
1. Bila kecepatan potong naik, umur semakin pendek 2. Bila kecepatan potong turun, umur panjang, tetapi laju pengurangan dimensi spesimen berkurang Crater Wear
Faktor yang mempengaruhinya, yaitu: • •
temperatur pada bagian dalam dari permukaan gaya tarik-menarik kimiawi antara pahat dengan spesimen
Crater wear merupakan proses difusi, proses ini dapat dikurangi lajunya dengan coating tools sehingga mengurangi crater wear.
21.5 Surface Finish and Integrity Istilah surface finish menggambarkan ciri-ciri geometrik dari permukaan, surface intregity termasuk ke dalam sifat material. Seperti fatigue life dan ketahanan terhadap korosi yang disebabkan oleh alam, dimana permukaan dibentuk
Dengan efek yang signifikan dari profil ujung pahat yang dibuiltup memiliki pengaruh yang besar pada surface finish, perlu dicatat damage yang perlu disadari pada permukaan adalah dari BUE. Damage ini dibuktikan pada marks yang menyelip, dimana akan menghasilkan celah lurus yang menyimpang dari pemesinan normal. Pahat keramik dan diamond biasanya menghasilakn surface finish yang lebih baik daripada pahat lainnya.
Pahat lunak memilki radius yang lebar pada ujungnya, perlu dicatat bahwa pada potongan yang dangkal sudut penggaruk dapat menjadi negative dan pahat akan berjalan diatas benda kerja bukannya memotong dan memproduksi chip.
Persamaan untuk surface finish
Faktor yang mempengaruhi surface integrity: •
• •
temperatur naik selama proses dan memungkinkan transformasi metalurgi tegangan sisa permukaan deformasi plastis dan strain hardening dari permukaan yang telah mengalami proses pemesinan dan mempunyai goresan maupun retakan.
21.6 Machinability
Machinability dari material biasanya digunakan untuk istilah dari 4 faktor: •
•
surface finish dan surface integrity dari part yang mengalami proses pemesinan umur pahat
• •
daya dan gaya yang diperlukan level kesulitan dalam pengontrolan chip
Machinability yang bagus mengindikasikan surface finish dan surface integrity yang baik, umur pahat yang lama, dan gaya dan daya yang digunakan rendah. karena operasi pemotongan yang kompleks sangat sulit untuk mendirikan hubungan yang secara kuantitatif mendefinisikan machinability dari suatu material. Dalam proses pemesinan umur pahat dan kekasaran permukaan secara umum adalah factor yang paling penting dalam machinability.
Machinability dari logam ferrous
baja
baja karbon mempunyai range machinability yang lebar, tergantung dari keuletan dan kekerasannya, kalau terlalu ulet formasi chip dapat membentuk ujung built-up, membuat surface finish yang buruk. Jika terlalu keras dapat menyebabkan keausan abrasive dari pahat karena adanya karbida pada baja
stainless steel
austenitic stainless steel umumnya susah untuk di mesin
cast iron
besi cor kelabu umumnya dapat dilakukan pemesinan tapi bisa sangat abrasive tergantung dari komopsisinya, terutama yang punya fasa perlit
Machinability dari logam nonferrous
Aluminum
umumnya sangat mudah diproses pemesinan, walupun gradenya yang lunak dapat membentuk built-up edge berakibat buruknya surface finish.
Berylium
umumnya machinable tetapi karena partikel halus yang diproduksi adalah racun, membutuhkan control lingkungan
Titanium
mempunyai konduktivitas thermal yang buruk, menyebabkan temperature naik signifikan dan built-up edge
Machinability dari material miscellaneous
termoplastik
umumnya mempunyai konduktivitas termal yang rendah, modulus elastisitas yang rendah. Konsekuensinya membutuhkan pahat yang tajam dengan sudut penggaruk positif, sudut relief yang besar, pemotongan dengan kedalaman kecil dan kecepatan yang tinggi
thermosetting plastik
getas dan sensitive dengan kemiringan termal selama pemotongan, kondisi pemesinannya hamper sama dengan termoplastik
keramik
mempunyai machinability yang diperbaiki secara tetap, umunya disertai dengan peningkatan dari machinable keramik dan nano keramik dan dengan pemilihan paramater yang tetap
Thermally assisted machining
logam dan paduan sulit untuk dilakukan proses pemesinan pada temperatur kamar dan lebih mudah diproses pada temperatur yang menanjak. pada thermally assisted machining atau biasa disebut hot machining sumber panas difokuskan pada area didepan pahat pemotong.
Keuntungan dari hot machining, yaitu: • • • •
mengurangi gaya pemotongan meningkatkan umur pahat material removal rate yang tinggi mengurangi kecenderungan dari getaran dan chatter
CHAPTER 21 DASAR PEMESINAN
Rangkuman dan Terjemahan Bab 21 dari buku Manufacturing Engineering and Technology Edisi 5 – Serope Kalpakjian , Steven Schmid Dirangkum dan Diterjemahkan Oleh : Muhammad Insan Al Amin ( 13106061 )
21.1 Perkenalan Proses pemotongan membuang material dari permukaan benda kerja dengan menghasilkan serpihan. Turning : Benda kerja diputar , pahat potong membuang lapisan dari benda kerja tersebut saat benda kerja bergerak ke arah kiri . Gambar 21.1.a Cutting-off : Pengerjaan dimana pahat potong bergerak radial kedalam benda kerja dan memisahkan bagian kanan dari benda kerja. Gambar 21.1.b Slab-milling : Pengerjaan dimana pahat potong potong putar membuang lapisan material dari permukaan benda kerja. Gambar 21.1.c End-milling : Pengerjaan dimana pemotong putar berjalan sepanjang kedalaman tertentu dari benda kerja untuk membuat cekungan. Gambar 21.1.d
21.2 Mekanika Pemotongan Faktor yang mempengaruhi operasi pemesinan Parameter Kecepatan potong, kedalaman potong, gerakan, cairan basuh Sudut pemotong Serpihan kontinu Serpihan dengan pinggiran teratur Ser Serpiha pihan n dis disko kont ntin inu u
Kena Kenaik ikan an temp temper erat atur ur
Keausan alat
Pengaruh danHubungan Keterkaitan Gaya, daya, kenaikan temperature, kondisi alat, jenis serpihan, permukaan hasil kerja dan kesatuan Seperti diatas; mempengaruhi aliran buang serpihan; ketahanan terhadap keausan alat dan penyerpihan Permukaan akhir yang bagus, gaya potong ya yang kokoh ; tidak diinginkan, terutama pada pemesinan otomatik Permukaan akhir dan kesatuan yang jelek; jika tipis dan stabil, pinggiran dapat melindungi permukaan alat Diut Diutam amak akan an unt untuk pen penempa empattan serp serpih ih yang yang muda mudah h ; gay gaya a potong yang berubah ubah ; dapat mempengaruhi permukaan akhir dan mengakibatkan getaran dan suara gemeretak Memp Mempen enga garu ruhi hi keta ketaha hana nan n ala alat, t, teru teruta tama ma keau keausa san n dan dan ketelitian ukuran benda kerja; dapat menyebabkan kerusakan termal pada permukaan benda kerja Mempengaruhi permukaan hasil kerja dan kesatuan,
keakuratan ukuran, kenaikan temperature, gaya dan daya Berh Berhub ubu ungan ngan denga engan n ket ketahan ahanan an alat alat,, perm permuk ukaa aan n hasi asil kerja, gaya dan daya, dan jenis serpihan
Kem Kemampu ampuan an mesin esin
Rasio Pemotongan
dan Regangan Geser
Kecepatan pada daerah potong
21.2.1 Tipe Serpihan Hasil Pemotongan Logam 4 Jenis Utama Serpihan Hasil Pemotongan Kontinu Tipe serpihan kontinu biasa dihasilkan dari material ductile pada kecepatan potong yang tinggi atau sudut potong yang besar. Deformasi dari material yang terjadi pada daerah tegangan geser disebut daerah tegangan geser utama. Dan serpihan kontinu bisa saja membuat daerah tegangan geser kedua karena gesekan yang tinggi antara permukaan alat-serpihan. Semakin besar gesekan, daerah ini pun semakin tebal.
Pinggiran teratur
Disebut juga built-up edge (BUE) yang dibentuk dari lapisan material dari benda kerja yang secara berangsur angsur menumpuk pada ujung potong alat. Semakin besar, BUE semakin tidak stabil dan akhirnya hancur. Bagian dari material BUE dibawa oleh sisi alat potong dari serpihan. BUE dapat merubah bentuk geometri dari permukaan alat potong dan menumpulkannya. Beberapa cara untuk mengurangi BUE : -
Menai enaika kan n kece kecepa pata tan n pot potong ong
-
Meng Mengur uran angi gi keda kedala lama man n poto potong ng
-
Mena enaikan kan su sudut po potong ong
-
Meng Menggu guna naka kan n alat alat pot poton ong g yang yang taj tajam am
-
Meng Menggu gunak nakan an cai caira ran n pemb pembas asuh uh yang yang efek efekti tif f
-
Menggu Menggunak nakan an alat alat potong potong yang yang mempu mempunyai nyai daya daya tarik tarik kini kiniawi awi lebi lebih h rendah rendah terhadap material benda kerja
Bergerigi / bersegmen Adalah serpihan hasil pemotongan yang semikontinu dengan daerah bertegangan geser kecil yang luas dan daerah bertegangan geser besar yang sempit. Logam dengan konduktifitas termal kecil dan kekuatan yang menurun tajam seiring dengan temeratur mengalami hal ini. Serpihan ini berbentuk seperti ujung gergaji.. Diskontinu Serpihan diskontinu terdiri dari beberapa segmen yang tidak rekat antara satu dan lainnya. Biasanya terjadi pada kondisi : -
Materia Materiall benda benda kerja kerja getas, getas, karena karena mater material ial itu itu tidak tidak mempunya mempunyaii kemampu kemampuan an untuk menahan tegangan regangan geser tinggi yang terjadi pada proses pemotongan
-
Materia Materiall benda benda kerja kerja yang menga mengandun ndung g inklusi inklusi tinggi tinggi dan dan ketidak ketidakmur murnia nian n atau mepunyai struktur seperti halnya serpihan graphite pada gray cast iron
-
Kecepa Kecepatan tan potong potong yang yang terla terlalu lu ting tinggi gi atau atau terlal terlalu u renda rendah h
-
Keda Kedala lama man n poto potong ng yang yang besa besar r
-
Sudu Sudutt pot poton ong g yan yang g ren renda dah h
-
Cair Cairan an pemb pembas asuh uh yang yang kura kurang ng baik baik
21.2.2 Pemotongan Miring Perbedaan utama antara jenis pemotongan miring dan pemotongan orthogonal adalah, pada pemotongan orthogonal serpihan meluncur langsung diatas permukaan alat, sementara pada pemotongan miring serpihan meluncur dengan luncuran helical dengan sudut kemiringan yang disebut sudut inklinasi, I, gambar 21.9a Serpihan yang meluncur helical bergerak kearah samping menjauhi daerah pemotongan sehingga tidak mengganggu jalannya alat. Shaving dan Skiving Shaving digunakan untuk membuang lapisan tipis material baik dari permukaan lurus maupun permukaan melengkungnya. Berguna terutama untuk meningkatkan hasil pengerjaan permukaan dan keakuratan ukuran dari bagian yang tergeser atau logam yang telah mengalami proses punching.
21.3 Gaya Potong Dan Daya Potong Data mengenai gaya potong dan daya potong adlah penting untuk : a. Peralatan pemesinan dapat dibuat dengan baik untuk mengurangi distorsi dari komponen komponen mesin, mempertahankan keakuratan ukuran yang diinginkan dari bagian bagian mesin dan membantu memilih penahan alat dan alat penahan kerja yang cocook. b. Benda kerjja dapat bertahan dengan gaya yang diberikan tanpa distorsi yang berlebih Terdapat dua gaya dasar pada pemotongan orthogonal yaitu F c yang bekerja pada arah kecepatan potong dan F t yang bekerja dengan arah normal terhadap arah kecepatan potong. Gaya gaya ini menghasilkan resultan R yang bisa dipisah maenjadi gaya gesek F sepanjang permukaan alat-serpihan dan gaya normal N yang tegak lurus terhadapnya. F = Rsinβ , F = Rcosβ
=
Meski besar gaya gaya pada proses pemotongan biasa biasanya kisaran ratusan newton, tekanan local pada derah potong dan pada alat potong sangat besar karena area sentuhnya yang sangat kecil. Gaya Makan Pengetahuan tentang gaya makan pada proses pemotonggan merupakan hal penting karena pencengkram alat potong, peralatan kerja, dan peralatan pemesinan harus cukup kuat untuk menahan gaya dengan deleksi minimal. Jika gaya makan terlalu besar atau jika alat pemesinan tidak terlalu kuat mencengkram, alat potong akan terdorong dari benda kerja yang sedang mengalami pemesinan yang akhirnya akan mengurangi kedalaman potong dan mengakibatkan ketidakakuratan dimensi pada bagian mesin.
Daya Daya adalah hasil dari gaya dan kecepatan. Gaya masukan pada proses pemotongan adalah : P = FcV Daya untuk geseran , = F sVs
Energi untuk geseran,
Daya untuk gesekan, = FV c
Energi untuk gesekan,
Mengukur Gaya Potong dan Daya Potong
Gaya potong dapat diukur dengan force transducer, dynamometer atau dengan menggunakan sel beban.
21.4 Temperatur Pemotongan Pada semua proses pengerjaan logam dimana faktor deformasi plastis ikut berpengaruh, energy yang terbuang pada proses pemotongan berubah menjadi panas yang selanjutnya akan menaikan temperature pada area potong. Kenaikan temperature adalah faktor yang sangat penting pada pemesinan karena mempunyai efek merugikan yang besar seperti : - Temperatur yang berlebihan mengurangi kekuatan, kekerasan, kekakuan dan ketahanan terhadao keausan dari alat potong. Alat potong juga dapat melunak dan mencapai deformasi plastis - Meningkatnya panas menyebabkan tidak teraturnya perubahan dimensi dari bagian yang mengalami pemesinan, pengontrolan keakuratan dimensi dan toleransi pun menjadi susah.. - Temperatur yang berlebihan dapat menyebabkan kerusakan termal dan perubahan metalurgi pada permukaan benda yang telah mengalami pemesinan, secara berlawanan mempengaruhi sifat sifatnya.
Distribusi Temperatur Sumber dari terjadinya panas pada proses pemesinan terpusat pada area geser utama, dan pada permukaan sentuh alat potong-geram. Akan ada gradien temperature pada area potong. Temperatur paling tinggi ada di setengah bagian ke atas dari permukaan sentuh alat potong-geram. Pengukuran Temperatur Temperatur dan penyebarannya pada area potong dapat ditentukan dengan memasang elemen termo pada alat dan atau pada benda kerja. Temperatur rata rata lebih mudah diukur dengan menggunakan emf ( electromotive force ) termal
21.5 Kondisi Alat : Pemakaian dan Kegagalan Keausan dari alat potong diakibatkan oleh tingginya tegangan lokal pada ujung alat potong, tingginya temperature terutama sepanjang permukaan sentuh, gerak gesek
geram sepanjang permukaan potong dan gerak gesek alat potong sepanjang permukaan benda kerja yang baru. Keausan merupakan proses yang bekerja secara perlahan. Laju keausan dipengaruhi oleh material alat potong dan benda kerja, bentukk alat potong, parameter proses, cairan pembasuh, dan sifat sifat dari alat pemesinan.
21.5.1 Keausan Samping ( Flank Wear ) Flank wear terjadi pada bagian samping dari alat potong. Biasanya flank wear terjadi akibat gesekan antara alat dan permukaan benda kerja yang menyebabkan keausan adhesive dan atau abrasif, dan temperature tinggi yang mempengaruhi sifat sifat material dari alat potong Pendekatan hubungan antara kecepatan potong dan waktu terjadinya daerah flank wear dirumuskan dengan : VTn = C V = kecepatan potong T = waktu terjadinya daerah flank wear C = konstanta n bergantung pada material dari alat potong dan C pada material benda kerja Kecepatan potong merupakan variable proses paling penting yang berhubungan dengan rentang kondisi alat, selanjutnya adalah kedalaman potong dan kecepatan poros penggerak. Persamaan sebelumnya dapat ditulis menjadi VTndxf y = C D = kedalaman potong , f kecepatan poros penggerak dalam mm/rev . exponent x dan y ditentukan lewat percobaan untuk setiap kondisi pemotongan. Kurva Rentang Kondisi Alat Merupakan grafik representasi dari data hasil eksperimen pemotongan pada berbagai macam material pada berbagai macam kondisi pemotongan seperti kecepatan potong, kecepatan poros, kedalaman potong, material dan bentuk alat potong dan cairan pembasuh.
21.5.2 Keausan Cekung ( Crater Wear ) Crater wear terjadi pada bagian sentuh dari alat potong. Dapat dilihat dengan mudah bahwa crater wear mengubah bentuk permukaan kontak alat-geram . Faktor yang paling mempengaruhi terjadinya crater wear adalah temperature dari permukaan senduh alat-geram dan daya tarik kimiawi antara alat potong dan benda kerja. Faktor faktor yang mempengaruhi terjadinya flank wear dapat mempengaruhi terjadinya crater wear.
Crater wear biasanya diakibatkan karena difusi mekanik, yaitu pergerakan atom sepanjang permukaan alat-geram. Saat temperature naik, difusi mekanik naik, dan besar crater wear yang terjadi ikut mengalami kenaikan.
21.5.3 Keausan Lainnya, Chipping dan Patahan Nose wear, adalah membulatnya ujung tajam alat potong karena efek mekanik dan termal. Menumpulkan alat potong, mengakibatkan gesekan antara alat potong dan benda kerja dan mempengaruhi cara geram terbuang Chipping, terbuang / pecahnya sedikit bagian dari ujung alat potong. Biasanya terjadi pada alat potong yang bermaterial getas. Material alat potong yang terbuang dinamaan microchipping jika sangat kecil. Untuk berbagai ukuran yang lebih besar disebut gross chipping, gross fracture dan catastrophic failure. Penyebab terjadinya chipping adalah, kejutan mekanik dan lelah termal. Terjadinya chipping dapat diminimalisir dengan memilih material alat potong dengan impak besar dan ketahanan kejut termal. Pengawasan Kondisi Peralatan Potong Pada peralatan mesin modern, kondisi dari peralatan potong di integrasikan pada control numerik pada komputer dan controller yang telah terprogram. Cara langsung mengamati kondisi peralatan potong melibatjan pengukuran optikal dari keausan, seperti pengamatan periodic dari perubahan profil alat. Cara tidak langsngnya melibatkan hubungan antara kondisi alat dengan parameter semisal gaya potong, daya, kenaikan temperature, hasil permukaan benda kerja, getaran dan gemeretak.
21.6 Sifat dan Hasil Akhir Permukaan ( Surface Finish and Integrity )
Surface finish menjelaskan ciri geometrik dari permukaan, dan surface integrity menjelaskan berhubungan dengan sifat material seperti umur lelah dan ketahanan korosi yang sangat berhubungan dengan sifat dari jenis permukaan yang dihasilkan. Faktor yang paling mempengaruhi hasil akhir permukaan adalah built-up edge ( BUE ) . Alat potong berujung keramik dan intan menghasilkan hasil akhir permukaan yang lebih baik daripada alat potong berbahan lainnya karena mempunyai kecenderungan membentuk BUE yang rendah.
Peralatan potong yang tumpul mempunyai radius yang besar pada ujung potongnya. Pada pemotongan dengan kedalaman yang kecil, alat potong yang tumpul bisa saja hanya melintas di atas benda kerja tanpa memotong dan menghasilkan geram. Seperti mengiris lapisan tipis dengan pisau yang tumpul. Pada proses yang serupa pembubutan, alat potong akan meninggalkan bekas potong berupa lengkungan pada permukaan benda kerja saat alat potong melakukan gerak makan. Semakin tinggi kecepatan putar alat potong, f, semakin kecil radius dari ujung tajam alat potong, R, akan lebih menonjol bekasnya. Ra = f 2 / 8R Getaran dan gemeretak terjadi pada alat potong saat proses pemotongan berlangsung. Hal tersebut akan mempengaruhi hasil akhir permukaan. Faktor yang mempengaruhi surface integrity adalah : -
Temperatur yang dihasilkan selama proses dan perubahan metalurgi
-
Tekanan dari sisa permukaan
-
Beberapa deformasi plastic dan pengerasan regangan dari permukaan yang mengalami proses pemesinan.
21.7 Kemampuan Pemesinan Kemampuan pemesinan dari suatu material biasanya didefinisikan dalam 4 faktor yaitu : 1. Hasil akhir permukaan dan sifat akhir permukaan 2. Kondisi alat
3. Gaya dan daya yang diperlukan 4. Tingkat kesukaran untuk mengontrol geram yang dibuang
21.7.1 Kemampuan Pemesinan dari Logam Paduan Besi Baja. Baja karbon mempunyai kemampuan pemesinan yang besar, tergantung dengan keuletan dan kekerasannya. Fosfor pada baja mempunyai 2 dampak besar yaitu memperkuat besi, menyebabkan kenaikan kekerasan dan menghasilkan formasi geram dan hasil permukaan yang lebih baik. Meningkatkan kekerasan dan membuat geram yang pendek, meningkatkan kemampuan pemesinan. Efek Zat Lain Pada Baja. Aluminium dan silicon memperburuk kondisi baja karena menghasilkan aluminium oksida dan silica yang keras dan abrasive yang akhirnya menaikan keausan alat dan menurunkan kemampuan pemesinan. Karbon dan mangan mempunyai efek yang berbeda tergantung komposisi. Material lainnya seperti nikel, kromium, molybdenum dan vanadium meningkatkan sifat sifat tertentu dari baja tetapi biasanya menurunkan kemampuan pemesinan. Stainless Steel. Umumnya sulit mengalami proses pemesinan Besi Tempa. Umumnya bagus untuk proses pemesinan, namun terkadang bersifat abrasive tergantung dari komposisi campurannya.
Bab 22 PROSES – PROSES PEMESINAN UNTUK MEMBUAT BENTUK PUTARAN (ROUND SHAPES)
Pada bab ini akan dijelaskan proses-proses pemesinan dengan kemampuan untuk memproduksi part yang pada dasarnya memeiliki bentuk bulat. Jenis-jenis produk yang dibuat mulai dari yang terkecil seperti miniature baut pada frame kacamata dan yang terbesar seperti poros turbin pada power plant. Salah satu dasar dari proses pemesinan adalah turning, yaitu prosoes dimana benda kerja berputar selama proses berlangsung. Dan biasanya menggunakan lathe atau mesin bubut dalam proses produksinya, dimana mesin bubut ini dapat melakukan proses-proses: •
Facing, pahat akan membentuk permukaan rata pada salah satu ujung
benda kerja. •
Taper turning, pahat dipasang dengan kemiringan sudut seperti yang
diinginkan, sehingga membentuk sebuah kerucut.
•
Contour turning, pada proses ini benda bergerak berputar, pahat
menyamping dan ke atas-bawah untuk membentuk kontur benda. •
Form turning, bentuk pahat yang digunakan disesuaikan dengan
bentuk benda yang diinginkan. •
Chamfering, ujung pahat digunakan untuk membuat champer pada
ujung benda kerja •
Cut off, memotong bagian dari benda kerja pada jarak tertentu sampai
putus. •
Threading, membentuk ulir pada benda kerja, ulir dibuat dengan
menggunakan ujung pahat yang tajam yang diletakkan pada benda kerja yang berputar . •
Boring, membuat lubang dengan pahat yang cukup besar pada lubang
yang sebelumnya telah ada. •
Drilling, membuat lubang pada benda kerja yang sedang berputar
dengan cara mengganti pahat dengan mata bor. •
Knurling,
merupakan proses yang menghasilkan bentuk umum,
permukaan kasar pada benda kerja.
22.1 Proses Turning Secara universal pada proses pemesinan terdapat 2 macam gaya atau gerak yang terjadi yaitu, gerak makan dan gerak potong. Gerak makan (feeding) adalah gerakan translasi dari pahat yang memperluas bidang permesinan pada benda kerja yang berputar. Gerak makan dilakukan pahat
oleh yang
bergerak perlahan parallel dengan
sumbu
rotasi
benda
kerja sedangkan gerak adalah
potong gerak
putar
dan
translasi
dari
benda kerja relative terhadap pahat yang diam dan menghasilkan geram.
Dalam proses pemesinan, dikenal 5 (lima) elemen dasar yaitu: kecepatan pemotongan, kecepatan makan, kedalaman pemotongan, waktu pemotongan, dan kecepatan pembuangan geram. •
Kecepatan potong Kecepatan potong ini berhubungan dengan kecepatan putar dan diameter awal dari benda kerja. Rumusnya : vc
π .d . N =
1000
Adapun pengaruh dari kecepatan potong ini terhadap benda kerja: bila kecepatan potong relatif tinggi kita akan mendapatkan permukaan hasil bubut yang halus dengan waktu yang singkat. Bila kecepatan potong sedang / rendah, gesekan antara pahat dan geram cenderung menyebabkan adanya built-up edge (BUE) yang membuat permukaan hasil bubut tidak halus. Bila kecepatan potong lebih rendah lagi dibandingkan dengan gerak makan, maka pada permukaan benda kerja akan terbentuk ulir. Geram yang dihasilkan pun akan lebih halus seiring dengan makin cepatnya kecepatan potong. Akan tetapi pahat pada mesin akan lebih cepat aus jika kecepatan potongnya makin besar. Hal ini diakibatkan panas yang dihasilkan pun makin besar. •
Kedalaman pemotongan Rumus dari mencari kedalaman potong yaitu : d =
( d 0
+
d m )
2
−
d 0
Kedalaman potong berpengaruh pada dimensi akhir dari benda kerja. Pada proses pembuatan ulir, jika ulir dibuat terlalu dalam sedangkan lebar pitchnya kecil, ulir tidak akan terbentuk.
Pada proses reduksi
diameter, diameter akhir benda kerja ditentukan dari kedalaman potong.
Sedangkan
pada
proses
facing,
kedalaman
potong
menentukan tebalnya permukaan muka benda kerja yang dibuang. Kedalaman potong juga berpengaruh pada kehalusan permukaan hasil bubut. Dengan kedalaman potong yang kecil biasanya akan terbentuk geram yang kontinu. Geram jenis ini akan menghasilkan permukaan hasil bubut yang halus. Geram yang dihasilkan pun semakin banyak. Kedalaman potong juga tidak boleh terlalu dalam karena pemotongan yang terlalu dalam akan menyebabkan pahat cepat rusak •
Waktu pemotongan Waktu pemotongan berhubungan dengan panjang dari benda kerja yang mengalami proses bubut. Rumus dari waktu potong tersebut :
t c
=
l t v f
Jika benda kerja yang akan mengalami proses semakin panjang, waktu y •
yang diperlukan pun semakin besar. Kecepatan makan
Kecepatan pemakanan yang dimaksud disini adalah kecepatan terjadinya pemakanan material benda kerja. Rumusnya: v f
f . N
=
Semakin besar kecepatan makan ini, maka semakin banyak pula geram yang dihasilkan. •
Material Removal Rate (kecepatan penghasilan geram)
MRR (Material Removal Rate ) menggambarkan besarnya volume material benda kerja yang termakan akibat proses bubut. Adapun rumusnya : MRR = v c f d Keterangan :
d0
= diameter awal (mm)
dm
= diameter akhir (mm)
d
= kedalaman potong (mm)
vc
= kecepatan potong (mm / min)
vf
= kecepatan makan (mm / min)
N
= kecepatan rotasional spindle (rev / min)
f
= banyaknya pahat memakan (mm / rev)
tc
= waktu potong
lt
= panjang pemesinan
MRR = kecepatan pembentukan gram (mm3/min)
22.2 Mesin Bubut dan Proses Mesin Bubut Bubut adalah proses permesinan dimana sebuah pahat bermata satu memindahkan material dari permukaan benda kerja berbentuk silinder yang berputar.Titik pahat tersebut bergerak linear sejajar
dengan permukaan benda kerja. Proses bubut ini menggunakan mesin yang disebut lathe. Mesin ini mampu menyediakan tenaga untuk memutar benda kerja dan melakukan gerak makan dengan mata pahat yang sudah kita atur kedalaman memahatnya. Prinsip kerja dari mesin bubut yaitu dengan menggunakan pahat akan membentuk benda kerja yang diputar dengan kecepatan tertentu . Berikut ini adalah gambar mesin bubut dan komponen-komponennya.
Keterangan - Bed (alas) Bagian ini fungsinya untuk menunjang gerakan translasi pada carriage (kereta). Bahan bed ini sebaiknya memiliki spesifikasi kekakuan yang dapat menahan benturan saat mesin sedang dioperasikan. - Carriage (kereta) Kereta berfungsi memberikan gerak makan pada pahat dengan bergerak sepanjang rel kearah kiri dan kanan secara otomatis ataupun manual.
- Spindle Merupakan poros utama yang berbentuk silinder. Digunakan untuk mencekam benda kerja agar kedudukannya stabil. - Head Stock (kepala diam) Berfungsi untuk memberikan daya untuk memutar benda kerja sesuai dengan porosnya. Terdiri dari spindle, gigi transmisi, pencekam, dan rem listrik. - Tail Stock (kepala gerak) Dapat digerakkan sepanjang bed dan berfungsi untuk memegang center yang digunakan untuk menumpu benda kerja dan memegang serta memberikan gerak makan pada pahat. - Cross Slide (peluncur silang) Berfungsi untuk mengatur kedalaman potongdan saat melakukan bubut muka (facing). Terletak melekat pada carriage. - Compound Rest (penumpu dudukan pahat) Dapat disebut bagian dari carriage. Letaknya bertumpu pada cross slide. - Tool Post (dudukan pahat) Merupakan tempat dimana pahat potong dipasang, letaknya bertumpu pada compound rest. - Way (rel) Jalur tempat carriage dan tool post bergerak. - Lead Screw (ulir penggerak)
Digunakan saat pembuatan ulir. - Feed Rod (batang penggerak) Berfungsi untuk membantu pergerakan carriage dan cross slide. Terdapat beberapa metode pencengkeraman pada mesin bubut, yaitu •
Dog lathe, memegang benda kerja diantara 2 center. Ujung pertama
berada di headstock dan ujung kedua berada di tailstock. Metode ini umumnya digunakan untuk benda-benda kerja yang berukuran relatif panjang dan diameternya besar. •
3 jaws chuck , chuck dengan 3 jaws
•
Collet , menggunakan pipa silinder yang terdapat potongan
longitudinal dan terdapat jarak antara potongan tersebut. •
Face plate, menggunakan plat khusus untuk memegang benda dengan
geometri tertentu
Ada beberapa jenis mesin bubut, antara lain: o
Conventional lathe
o
Toolroom lathe
o
Speed lathe
o
Turret lathe
o
Chuking lathe
o
Automatic screw lathe
o
Numerically controlled lathe
Pertimbangan Desain dan Petunjuk dalam proses Pembentukan (Turning operation) Beberapa pertimbangan penting dalam desain bagian komponen-komponen mesin, karena permesinan pada umumnya : (a) Membutuhkan waktu yang cukup lama, sehingga meningkatkan ongkos produksi,(b) ada pembuangan material, (c) tidak seekonomis proses shaping atau forming. Pertimbangan untuk turning operation : 1. Komponen didesain supaya bisa dijepit dengan mudah pada pnjepit 2.
Akurasi dimensional dan penyelesaian permukaan (surface finish) sebaiknya sselebar yang diizinkan untuk komponen yang berfungsi dengan baik.
3. Ujung tajam, taper, steps, dan variasa dimensi yang besar sebaiknya dihindari. 4. Blanks yang akan di proses harus sedekat mungkin dengan dimensi akhir, untuk mengurangi siklus waktu produksi. 5. Komponen
sebaiknya
dapat”berjalan”/
didesain,
sehingga
bekerja pada benda kerj
peralatan
potong
dengan baik tanpa
gangguan. 6. Panjang desain sebaiknya tersedia secara peralatan potong, inserts, dan toolholder standar komersial dapat digunakan. 7. Material benda kerja sebaiknya dipilih untuk machineabilty yang baik. Petunjuk dalam Turning Operations,
Petunjuk dalam Turning Operation, kesalahan dan penyebabnya dapat diperoleh dari proses trial and error, 1. Mengurangi peralatan yang bergantung di atas (overhanging) 2. Menyangga benda kerja dengan baik dan rigid 3. Gunakan peralatan mesin dengan kekakuan tinggi dan kapasitas peredaman yang baik. 4. Ketika peralatan mulai bergetar dan bergemeretak, ubahlah parameter proses, seperti geometri peralatan, kecepatan potong, kecepatan makan,, kedalaman potong, dan penggunaan cutting fluid.
22.3.7. Chip Collection System
Chips( kepingan-kepingan) yang dihasilkan saat proses permesinan harus dikumpulkan dan dibuang dengan benar. Volume chips yang dihasilkan bisa sangat tinggi, terutama untuk permesinan dengan kecepatan tinggi. Chips bisa dikumpulkan dengan metode- metode sebagai berikut : -Membiarkan chips jatuh ke conveyor belt baja karena gravitasi -Mengambil chip dari settling tank ( tangki pengandapan) - Gunakan gurdi dengan sekrup makan - Menggunakan pembawa magnetik (magnetic conveyor ) - Menggunakan metode vakum untuk pengambilan chip. 22.3.3 Ulir Sekrup Pemotong
Ulir sekrup bisa diartikan gabungan dari penampang seragam yang mengikuti jalur helical atau spiral di luar atau di dalam silinder, atau ujung yang meruncing. Galur biasanya dibuat dengan proses permesinan Pemotongan galur ulir pada mesin bubut, bentuk alat potong
yang digunakan pergantung pada tipe galur yang akan dipotong. Alat
potong ditaruh pada penahan dan bergera di sepanjang benda kerja dengan lead screw pada bubut. Pertimbangan Desain,
a. Desain sebaiknya bisa memberikan penghentian pada ulir sebelum mencapai bahu. b. Percobaan seharusnya bisa dibuat untuk menghilangkan bagian yang dangkal, lubang yang tak terlihat c. Chamfer sebaiknya ditetapkan pada akhir bagian berulir untuk mengurangi ulir seperti sirip d. Bagian berulir sebaiknya tidak terganggu celah, lubang, atau tak tersambung. e. Peralatan pembuat ulir dan sisipan harus digunakan sebanyak mungkin f. Komponen yang tipis sebaiknya memiliki ketebalan cukup dan kekuatan yang cukup untuk menahan gaya potong dan gaya jepit. Penjepit/ pengencang sebaiknya 1.5 kali diameter. g. Komponen sebaiknya di desain supaya operasi pemotongan dapat selesai dalam sekali pengaturan.
22.4 Boring dan Mesin Boring Boring dilakukan untuk memperbesar lubang yang sudah ada.. Alat potongnya diatruh pada boring bar. Boring bar harus cukup kaku untuk mengurangi defleksi pada perlatan., dan menjaga keakuratan dimensi dan mengurangi getaran dan gemeretak . Material yang digunakan sebaiknya yang memiliki modukus elastisitas tinggi seperti tungsten carbide. Pada mesin boring horizontal, benda kerja ditaruh pada meja, sehingga bisa bergerak secara horizontal pada arah axial maupun radial. Pada mesin bor vertikal serupa dengan mesin bubut. Pertimbangan desain : a. Through holes lebih diinginkan daripada blind holes b. Dengan lebih besarnya ratio panjand boring dengan diameter, akan mempersulit pengerjaan karena terjadiny defleksi
c. Permukaan dalam yang mengganggu sebaiknya dihindari.
22.5 Drilling, Drills, dan mesin Drilling Membuat
lubang
adalah
salah
satu
proses
manufaktur
yang
terpenting. Drilling adalah proses pembuata lubang yang paling umum. 22.5.1 Drills
Drills mempunyai rasio panjang-diameter yang besar. Proses drill biasanya meninggalkan burr pada bagian bawah permukaan. Tipe-tipe drill, Twist drill adalah bentuk paling umum, core drill,
untuk memperbesar lubang, counterboring dan countersinking drills menghasilkan tekanan pada permukaan, center drill pendek dan bisa digunakan untuk membuat lubang pada ujung benda kerja. Spade drills memiliki ujung yang bisa dilepas untuk membuat lubang yang dalam dengan diameter besar. Gun Drilling, dikembangkan untuk proses drilling laras senjata. Gun
drilling
digunakan
untuk
mebuat
lubang
yang
dalam
dan
membutuhkan drill tertentu. Rasia kedalamn-diameternya bisa 300:1 atau ;ebih tinggi. Trepanning, adaqlah proses membuat lubang dengan melepaskan
material 22.5.2 Kecepatan Pelepasan Material (Material removal Rate) pada Drilling.
Material removal rate (MRR) pada drillling adalah volume material yang terlepas dalam satuan waktu. Rumusnya : (
.
22.5.3 Daya Dorong dan Torsi
Gata dorong pada drilling bekerja tegak lurus sumbu lubang. Bila gaya ini berlebih dapat meyebabkan drill bengkok atau retak. Selain itu gaya dorong yang berlebih dapat menyebabkan perubahan pada benda kerja Gaya dorong ini bergantung pada : (a) kekuatan benda kerja, (b) gerak makan, (c) kecepatan rotasi, (d) diameter dril, (e) geometri drill, dan (f) fluida pendingin.. Torsi, Besar torsi pada drilling penting untuk perkiraan tenaga yang
dibutuhkan. Torsi pada drilling bisa sebesar 4000 N.m 22.5.4 Material Drill dan ukurannya
Drills biasanya terbuat dari high-speed steels(M1, M7, dan M10) dan karbida padat, atau dengan ujung karbida. Sekarang drill dilapisi titanium nitrida, atau titanium carbonitrida, untuk meningkatkan ketahanan terhadap aus.. 22.5.5 Mesin Drilling
Mesin drilling digunkan untuk membuat lubang, membuat cabang, atau melebarkan, atau pengerjaan boring dengan diameter kecil. Mesin yang umum digunakan adalah drill press. Drill press di desain untuk benda kerja besar dan bisa ditaruh pada meja dengan range 150 mm hingga 1250 mm. Pertimbangan desain untuk drillling,
a. Desain sebaiknya bisa membiarkan lubang di drill pada permukaan yang rata b. Permukaan lubang yang terganggu harus bisa dihandari atau dikurangi untuk akurasi dimensi yang lebih baik c. Ujung bawah lubang sebaiknya cocok dengan titik sudut drill standar. d. Through holes lebih baik daripada blind hole
e. Komponen sebaiknya didesain sehingga semua proses drilling bisa dilakukan
tanpa
perlu
perubahan
posisi
benda
kerja
atau
perubahannya minimum f. Blind holes harus di drill lebih dalam daripada pelebaran atau pengerjaan tapping.
22.6 Reaming and Reamers Reaming adalah proses untuk membuat lubang yang sudah ada dengan lebih akurat daripada lubang yang diperoleh dengan proses drill. Reaming juga bisa meningkatkan kualitas penyelesaian permukaan. Pembuatan lubang yang akurat pada benda kerja bisa diperoleh melalui : 1. Centering 2. Drilling 3. Boring 4. Reaming Reamer adalah alat multiple-cutting-edge dengan galur lurus atau ujung helical yang bisa melepas material. Jenis-jenisnya adalah hand reamers, yang lurus atau merucing pada 1/3 panjangnya, shell reamers yang digunakan untuk lubang yang lebih besar dari 20mm. Expansion reamers yang bisa diatur untuk variasi ukuran lubang. Reamers biasanya terbuat dari high-speed steels atau karbida solid. 22.7 Tapping dan Taps.
Ulir internal pada benda kerja bisa diperoleh dengan proses tapping. Tap adalah alat yang bisa mengailkan chip dengan ulir dengan gigi pemotong ganda. Tapping bisa dilakukan dengan tangan atau mesin seperti, mesin drilling, mesin bubut, screw machines, atau vertical CNC milling machines.
BAB 23
Proses Permesinan Untuk Memproduksi Berbagai Bentuk: Freis, Broaching, Penggergajian, dan Pengikiran; Proses Pembuatan Gear
Pada bab ini, akan menjelaskan proses untuk memproduksi berbagai bentuk yang kompleks. Secara khusus bab ubu memuat topik-topik berikut ini: *Proses Freis. *Permesinan untuk permukaan yang panjang dan rata serta pembuatan profile. *Broaching untuk memproduksi profil eksternal dan internal. *Operasi penggergajian dan pengikiran. *Proses Prosuksi gear dengan permesinan.
Pembuatan parts pada umumnya: Parts dengan bentuk-bentuk eksternal dan
internal kompleks pada berbagai permukaan, splines, dan gear. Proses Alternatrif: Die Casting, Precision Casting, Precision Forging, Powder
Metallurgy, dan Powder-Injection molding.
1. Pengenalan
Sebagai tambahan untuk memproduksi parts dengan berbagai profil membukat baik eksternal maupun internal, operasi permesinan dapat membuat banyak parts lain dengan bentuk yang lebih kompleks. Pada bab ini, beberapa cara pemotongan dan tool permesinan yang dapat melaksanakan bentuk-bentuk ini menggunakan single-poin, multi-tooth, dan cutting tools dijelaskan. Bab ini dimulai dengan salah satu proses paling serba bisa –Freis– yang merupakan suatu pisau yang berputar yang memotong material selama melintasinya dalam berbagai sumbu pada benda kerja. Proses permesinan lain yang juga akan dijelaskan (seperti planning, shaping, dan broaching), adalah tool atau benda kerja yang bergerak sepanjang jalur lurus untuk memproduksi permukaan yang rata dan beragam bentuk. Selanjutnya, proses penggergajian akan dijelaskan, yang secara umum digunakan untuk mempersiapkan bahan yang akan mengalami operasi pembentukan, permesinan, dan pengelasan. Juga akan dibahas dengan singkat pengikiran, yang digunakan untuk menghilangkan sejumlah kecil material, biasanya pada tepian dan sudut. Akhirnya, proses pembuatan gear akan dibahas, melalui proses dimana gigi gear akan diproduksi dengan cara dicetak, powder-metallurgy, dan dengan deformasi plastis, seperti ditempa. Bab ini akan menjelaskan proses produksi gear dengan beberapa proses permesinan yang menggunakan alat potong khusus dan kualitas serta properti dari gear yang dibuat dengan proses tersebut.
2. Freis dan Mesin Freis
Freis termasuk operasi permsinan yang sangat serba bisa, dapat digunakan dengan berbagai konfigurasi penggunan pisau freis –sebuah tool dengan multi-tooth yang memproduksi banyak geram dalam satu putaran. 2.1 Peripheral Milling
Dalam proses ini (juga disebut dengan plain milling ), sumbu putaran pisau potong pararel dengan permukaan benda kerja. Badan pisau potong, biasanya terbuat dari high-speed steel, punya beberapa gigi pada permukaan selubung silindernya; setiap tool berlaku seperti alat potong single-point. Saat pisau potong lebih panjang dari lebar potongan, proses ini disebut slab milling. Pisau potong untuk peripheral milling bisa memiliki gigi lurus atau helikal, dan menghasilkan potongan ortogonal atau cekung. Gigi helikal biasanya lebih dipilih dari pada gigi lurus karena gigi tersebut hanya kontak sebagian dengan benda kerja selama berputar. Sehingga, tenaga untuk memotong dan torsi pada pisau potong lebih rendah, menghasilkan operasi yang lebih halus dan mengurangi gompelan.
Conventional Milling dan Climb Milling
Pada conventional milling (disebut juga up milling ), ketebalan geram maksimum ada pada akhir potongan saat pisau potong meninggalkan permukaan benda kerja. Keuntungan dari conventional milling adalah (a) sambungan gigi bukanlah faktor dari karakter permukaan benda kerja dan (b) kontaminasi atau scale (lapisan oksidasi) pada permukaan tidak terlalu berpengaruh pada umur tool. Ini adalah metode yang paling umum dari freis. Proses pemotongannya halus, dan memastikan gigi pisau potong tajam. Namun, gigi pisau potong akan bergesekan dengan permukaan benda kerja sebelum mulai memotong. Juga, akan ada kecenderungan benda kerja akan tertarik maju (dikarenakan oleh arah putaran pisau potong), penjepitan yang baik dan benar sangat penting. Pada climb milling (disebut juga down milling ), pemotongan dimulai pada saat permukaan benda kerja dengan geram tertebal. Keuntungannya adalah komponen gaya kebawah dari gaya potong menahan benda kerja pada posisinya, terutama untuk parts yang tipis. Meskipun, karena menghasilkan gaya impak saat gigi pisau potong bersinggungan dengan benda kerja, operasi ini harus memiliki workholding yang rigid, dan backlash dari gear harus dieliminasi dari tabel meknisme makan. Climb milling tidak cocok untuk permesinan dari benda kerja yang punya scale pada permukaannya, seperti pada hot-worked metal, hasil tempaan, dan hasil cetakan. Scale itu keras dan abrasif dan menyebabkan pemakaian yang berat dan merusak gigi pisau potong, sehingga memperpendek umur pisau potong.
Parameter Freis
Kecepatan potong, V , pada peripheral milling adalah kecepatan permukaan dari pisau potong, atau V=πDN Dimana D adalah diameter pisau potong dan N adalah kecepatan putaran dari pisau potong. Catatan, ketebalan dari geram pada slab milling bermacam-macam tergantung panjangnya, dikarenakan gerakan longitudinal relatif antara pisau potong dan benda kerja. Untuk pisau potong dengan gigi lurus, perkiraan undeformed chip thickness ( kedalaman potong), t c, dapat dikalkulasikan melalui persamaan d
tc = 2f
D
Dimana f adalah gerak makan per gigi pada pisau potong, yang merupakan jarak dari gerak benda kerja per gigi dari pisau potong dalam mm/gigi atau in./gigi, dan d adalah kedalaman potong. Bila t c semakin besar, maka gaya pada gigi pisau potong juga akan meningkat. Gerak makan per gigi dapat ditentukan melalui persamaan f=
v Nn
Dimana v merupakan kecepatan linear (kecepatan makan) pada benda kerja dan n adalah banyak dari gigi pada alat potong periferal. Akurasi dimensi dari persamaan ini dapat diuji menggunakan satuan masing-masing faktor, singkatnya, (mm/gigi) = (m/menit) (10 3 mm/m) / (rpm) (jumlah gigi/putaran). Waktu potong, t, didapat dari persamaan t=
l + l c v
Dimana l adalah panjang dari benda kerja dan lc adalah panjang horizontal dari kontak pertama pisau potong dengan benda kerja. Bersdasarkan asumsi bahwa lc << l (meskipun pada umumnya tidak menjadi soal). Material-removal rate (MRR) didefinisikan sebagai
MRR =
lwd t
= wdv
Dimana w adalah lebar dari potongan dimana (dalam slab milling) sama dengan lebar dari benda kerja. Jarak dari gerak pisau potong pada siklus non-cutting dari operasi freis penting untuk pertimbangan ekonomis, dan harus bisa diminimalisasikan, artinya kecepatan pergerakan dari komponen tool mesin. Daya yang dibutuhkan pada peripheral milling dapat diukur dan dikalkulasikan, tapi gaya yang bekerja pada pisau potong ( tangensial, radial, dan aksial) sulit untuk untuk dikalkulasikan karena terlalu banyak variabel yang terlibat, khususnya geometri dari alat potong. Gaya tersebut dapat diukur dengan cara eksperimen untuk beberapa kondisi. Namun, torsi pada spindle pisau potongdapat juga dikalkulasikan dari dayanya. Meskipun torsi merupakan hasil dari gaya tangensial pada pisau potong dan radiuspisau potong, gaya tangensial per gigi akan tergantung dari berapa banyak gigi yang bersinggungan selama memotong.
2.2 Face Milling
Pada face milling, pisau potong dipasang pada sebuah spindle yang memiliki sumbu rotasi tegak lurus dari permukaan benda kerja. Pisau potongnya berputar dengan kecepatan putaran, N, dan benda kerjanya bergerak sepanjang jalur lurus dengan kecepatan makan v . Karena arah gerak makan dan gerak potongnya tegak lurus maka pisau potong akan melakukan climb milling dan conventional milling dalam satu putaran. Karena gerak relatif antara pisau potong dan benda kerja, face milling akan meninggalkan feed marks pada permukaan yang telah dikerjakan, mirip dengan yang ditinggalkan oleh operasi turning. Catatan, kekasaran permukaan dari benda kerja tergantung dari sudut geometri dari insert dan gerak makan per gigi. Lead angle dari insert pada face millig punya pengaruh langsung pada undeformed chip thickness, seperti pada operasi turning.Saat lead angle meningkat, undeformed chip thickness akan menurun, dan panjang dari kontak akan meningkat. Lead angle juga mempengaruhi gaya pada freis. Itu dapat dilihat dari pada saat lead angle mengecil, terdapat komponen gaya vertikal yang semakin kecil dan kecil (sumbu gaya pada spindle pisau potong). Jangkauan dari lead angle untuk kebanyakan pisau potong face milling biasanya dari 0° sampai 45°. Catatan, bagian serong dari undeformed chip tetap konstan. Banyak variasi dari pisau potong freis tersedia. Diameter pisau potong harus dipilih agar tidak bermasalah dengan ukuran dan komponen lainnya. Pada operasi
face milling pada umumnya, rasio dari diameter pisau potong, D, dengan lebar potongan, w, harus tidak kurang dari 3:2 Hubungan dari diameter pisau potong dengan sudut insert dan posisi relatif mereka terhadap permukaan yang akan difreis, penting karena akan menentukan sudut masuk dan keluar inset pada benda kerja.
2.3 End Milling
End milling merupakan operasi permesinan yang penting dan umum kerena keandalannya dan kemampuannya dalam memproduksi berbagai permukaan berprofile dan bergelombang. Pisau potongnya, disebut end mill, memiliki shank yang lurus (untuk ukuran kecil) ataupun shank yang meruncing (untuk ukuran potong yang lebih besar) dan dipasang pada spindle mesin freis. End mill dapat dibuat dari high-speed steel atau dengan insert carbide, mirip dengan yang digunakan pada face milling. Pisau potong biasanya berputar pada sumbu yang tegak lurus dengan permukaan benda kerja, dan dapat di miringkan untuk membuat permukaan yang meruncing atau bergelombang. End mill tersedia dari jenis hemispherical ends (ball nose mills) untuk produksi permukaan yang sangat kasar, sperti hasil dari dies atau molds. Hollow end mills memiliki gigi potong internal dan digunakan untuk mengerjakan permukaan silindris yang solid, dan benda kerja yang bulat. End milling dapat menghasilkan berbagai jenis permukaan dengan kedalaman berapa saja, seperti bergelombang, berundak, dan berkantong. Pisau potongnya dapat membuang material baik pada ujung dan permukaan potong silindrisnya. Baik mesin spindle vertikal dan spindle horizontal dapat digunakan untuk benda kerja end milling dengan berbagai ukuran dan bentuk. Mesinnya dapat diprogram agar pisau potongnya mengikutu jalur yang kompleks sehingga memaksimalkan seluruh operasi permesinan untuk produktifitas dan biaya yang rendah.
High-Speed End Milling
High-speed end milling telah menjadi sebuah proses yang penting dengan banyak aplikasi, seperti memfreis komponen besar untuk aerospace berbahan aluminium alloy dan struktur sarang lebah dengan kecepatan spindle dengan range 20.000 sampai 60.000 rpm. Mesin tersebut harus memiliki ketepatan dan keakurasian yang tinggi, biasanya membutuhkan bearing hidrostatik (udara) dan peralatan workholding yang berkualitas tinggi. Spindelnya punya keakuratan rotasional sampai 10μm, sehingga permukaan benda kerja yang akurat pula. Pada
pembuangan material dalam kecepatan tinggi seperti ini, penumpukan geram dan pembuangannya dapat menjadi masalah serius. Produksi rongga dari metalworking dies (die sinking) –seperti pada penempaan atau didalam pembentukan lembaran metal– dapat juga dilakukan dengan high-speed milling, sering menggunakan ball nose end mills berlapis TiAlN. Mesinnya memiliki 4 sumbu atau 5 sumbu gerakan dan dapat mengakomodasi dies sebesar 3m x 6m dan berberat 55 ton. Tidak mengherankan, jika pengerjaan dies seperti itu dapat menghabiskan biaya sekitar $ 2.000.000,00. Keuntungan dari mesin bersumbu 5 adalah karena (a) mampu untuk melaksanakan permesinan dari bentuk yang sangat kompleks dengan sekali penyetelan, (b) dapat menggunakan alat potong yang lebih pendek (sehingga mengurangi kecenderungan bergetar), dan (c) mampu untung men-drill lubang dengan berbagai compound angles.
2.4 Operasi Freis dan Pisau Potong Freis Yang Lain
Ada beberapa operasi freis dan pisau potongnya yang lain yang digunakan untuk permesinan benda kerja. Pada Straddle milling, dua atau lebih pisau potong dipasang pada sebuah arbor dan digunakan untuk memproses dua permukaan pararel. Form milling menghasilkan profile melengkung dan menggunakan gigi berbentuk khusus. Pisau potong seperti itu juga digunakan untuk pembuatan gigi gear. Operasi slotting dan slitting dilaksanakan menggunakan pisau potong yang sirkular. Giginya bisa tak beraturan seperti pada mata gergaji, untuk menyediakan jangkauan dari pisau potong saat membuat alur yang dalam. Slitting saws biasanya tipis (umumnya kurang dari 5mm). T-slot cutters digunakan untuk membuat alur yang berbentuk menyerupai huruf T, seperti yang dapat ditemukan pada meja kerja mesin untuk tempat penjepit. Key seat cutters digunakan untuk membuat semi-silindrikal dudukan kunci (woodruff) untuk batang. Angle milling cutter (sudut tunggal ataupun ganda) digunakan untuk memproduksi permukaan yang meruncing dengan berbagai sudut. Shell mills berongga di dalamnya dan dipasang pada shank; ini memungkinkan shank yang sama untuk digunakan untuk pisau potong dengan ukuran yang berbeda. Kegunaan dari shell mills mirip dengan end mills. Memfreis dengan gigi potong tunggal yang dipasang pada spindle berkecepatan tinggi dikenal dengan istilah fly cutting; biasanya digunakan untuk proses face milling sederhana dan boring. Tool ini dapat dibentuk sebagai alat potong poin tunggal dan dapat dipasang di berbagai posisi radial pada spindle.
2.5 Pegangan Tool
Pisau potong freis diklasifikasikan sebagai arbor cutters atau shank cutters. Arbor cutters dipasang pada arbor, untuk operasi seperti peripheral, face, straddle, dan form milling. Pada tipe shank cutters, pisau potongnya dan shanknya sendiri dibuat sebagai sebuah kesatuan –contoh yang paling umum adalah end mills. End mils yang kecil punya shanks yang lurus, namun yang lebih besar memiliki shanks yang meruncing untuk penempatan yang lebih baik pada spindle mesin dengan tujuan mencegah gaya dan torsi yang lebih besar terlibat selama proses pemotongan. Pisau potong dengan shanks yang lurus dipasang pada collet chuck atau pegangan end mills spesial; dengan dhanks meruncing dan dipasang pada pegangan tool yang meruncing. Sebagai tambahan untuk tipe-tipe mekanikal, pegangan tool dan arbor hidrolik juga tersedia. Ketepatan dari pisau potong dan pegangan tool sangatlah penting untuk kualitas permukaan dan untuk mengurangi getaran dan gompelan selama pengoperasian freis.
2.6 Kemampuan Proses Freis
Sebagai tambahan terhadap berbagai karakteristik dari proses freis yang telah dijabarkan sejauh ini, kemampuan proses freis termasuk parameter seperti hasil permukaan, dimensi, toleransi, kecepatan produksi, dan pertimbangan biaya. Tergantung dari material bahan kerja dan kondisinya, material alat potong, dan parameter proses, kecepatan potong bisa beragam dalam range 30 sampai 300 m/menit. Range gerak makan per gigi umumnya sekitar 0.1mm sampai 0.5mm, dan kedalaman potong biasanya dari 1 sampai 8 mm.
2.7 Panduan Desain dan pengoperasian Untuk Freis
Panduan untuk turning dan boring juga umumnya diterapkan untuk operasi freis. Faktor tambahan yang relevan untuk operasi freis adalah:
*Pisau potong freis standar harus digunakan sesering mungkin, tergantung dari desain partnya. Pisau potong spesial yang mahal harus sebisa mungkin dihindari. *Chamfers harus ada dan jangan radii; sulit untuk menyamakan kehalusan berbagai perpotongan permukaan jika radii ada. *Rongga dan kantong dalam yang bersudut tajam harus dihindari karena sulit untuk menfreisnya, dikarenakan gigi potong atau insert punya radius sudut terbatas. Bila mungkin, radius sudut harus pas dengan geometri pisau potong freis. *Benda kerja haruslah rigid untuk meminimalkan defleksi yang mungkin dihasilkan penjepit dan gaya potong. Panduan untuk menghindari getaran dan gompelan pada saat freis mirip dengan turning. Sebagai tambahan, beberapa hal berikut juga harus diperhatikan: *Pisau potong harus dipasang sedekat mungkin dengan alas spindle dengan tujuan mengurangi defleksi *Pegangan tool alat pengukuran harus se-rigid mungkin. *Pada kasus getaran dan gompelan, bentuk tool dan kondisi proses harus disesuaikan, dan pisau potong dengan gigi potong lebih sedikit atau jarak gigi yang tak beraturan harus digunakan.
2.8 Mesin Freis
Dikarenakan kemampuannya untuk melaksanakan berbagai operasi pemotongan, mesin freis termasuk alat permesinan paling handal dan berguna. Mesin freis yang pertama dibuat pada tahun 1820 oleh Eli Whitney (1765-1825). Banyak pilihan mesin freis dengan berbagai fitur sekarang tersedia.
Mesin Freis Tipe Column-and-knee
Digunakan untuk kegunaan umum operasi freis, tipe ini hádala yang paling umum dari mesin freis. Spindle dimana pisau potong dipasang dapat horizontal, untuk peripheral milling, atau vertikal untuk operasi face dan end milling, boring, dan drilling. Komponen dasar dari mesin ini adalah:
*Meja kerja: tempat dimana benda kerja dijepit menggunakan alur T. Meja
kerja bergerak relatif terhadap saddle secara longitudinal. *Saddle: penyokong meja yang dapat bergerak secara transversal *Knee: menyokong saddle dan memberi meja kerja gerak vertikal sehingga
kedalaman potong dapat diatur dan benda kerja dengan berbagai ketinggian dapat diakomodasi. *Overarm: digunakan pada mesin yang horizontal; dapat diatur untuk
mengakomodasi berbagai panjang arbor yang berbeda. *Head: tempat spindle dan pemegang pisau potong. Pada mesin vertikal,
head dapat tetap atau dapat disesuaikan secara vertikal, dan dapat diputar dalam arah vertikal untuk memotong permukaan yang meruncing. Mesin plain milling memiliki tiga sumbu gerak, yang biasanya dapat digerakan secara manual ataupun dengan daya. Pada mesin freis universal column-and-knee, meja kerja dapat diputar pada bidang horizontal. Dengan cara ini, bentuk kompleks (seperti alur helikal dengan berbagai sudut) dapat dibuat untuk menghasilkan parts seperti gears, drills, taps, dan cutters.
Mesin Freis Tipe Bed
Pada tipe bed, meja kerja dipasang langsung pada alas, yang menggantikan kneedan hanya dapat bergerak secara longitudinal. Mesin ini tak sehandal tipe-tipe yang lain, namun memiliki ketepatan yang tinggi dan biasanya diguakan untuk pekerjaan produksi tinggi. Spindle-nya bisa vertikal bisa horizontal dan bisa tipe duplex atau triplex (dengan dua atau tiga spindel) untuk permesinan dua atau tiga permukaan benda kerja secara simultan.
Tipe Mesin Freis yang Lain
Tersedia pula beberapa tipe mesin freis yang lain. Mesin freis tipe planer, yang mirip dengan tipe bed, dilengkapi dengan beberapa head dan pisau potong untuk menfreis permukaan yang berbeda. Tipe ini digunakan untuk benda kerja yang berat dan lebih efisien dari pada planeruntuk tujuan yang sama. Mesin rotary-table mirip dengan mesin freis vertikal dan dilengkapi dengan satu atau lebih head untuk operasi face milling. Mesin Freis dengan cepat digantikan dengan mesin CNC. Mesin ini sangat handal dan mampu untuk melakukan freis, drilling, boring, dan tapping dengan keakurasian yang repetitif. Ada juga mesin freis profile, yang memiliki lima sumbu
gerak, dengan tiga untuk gerakan komponen mesin secara linear dan dua untuk gerakan komponen mesin secara angular.
Peralatan Workholding dan Aksesoris
Benda kerja yang akan difreis harus dijepit dengan sempurna pada meja kerja dengan tujuan menahan gaya potong dan mencegah tergelincir saat proses freis. Aksesoris Aksesoris untuk mesin freis mencakup berbagai kelengkapan kelengkapan dan tambahan tambahan untuk head mesin (juga untuk meja kerja) yang didesain untuk mengadaptasi mesin untuk untuk operas operasii milling milling yang yang berbed berbeda. a. Aksesor Aksesoris is yang yang paling paling umum digunakan digunakan di masa masa lalu lalu adalah adalah univers universal al dividin dividing g (index (index)) head. head. Umumnya Umumnya digunak digunakan an untuk untuk menfreis parts dengan permukaan poligonal dan untuk memproses gigi gear.
3. Planning and Shaping
Planing
Merupakan Merupakan sebuah operasi permesinan yang relatif relatif sederhana sederhana yang menghasilkan permuka permukaan an rata, rata, juga cros-se cros-secti ction on dengan dengan alur alur dan tonjola tonjolan, n, yang yang dihasilk dihasilkan an sepanjang benda kerja.Planning biasanya dilakukan pada benda kerja yang besar, sampai sebesar 25m x 15m, meskipun panjang 10m lebih umum. Pada planer, benda kerja dipasang pada meja kerja yang bergerak maju mundur sepanjang jalur lurus. Sebuah cross-rail horizontal, yang dapat bergerak secar vertikal sepanjang kolom, kolom, tersedia dengan satu atau lebih tool head. Alat potong dipasang dipasang pada head dan proses permesinan dilaksanakan pada jalur yang lurus. Agar mencegah ujung alat potong gompelsaat gompelsaat bergesekan sepanjang benda kerja sewaktu langkah balik, tool bisa digeser atau diangkat secara mekanikal ataupun secara hidrolik. Karena gerakan berulang dari benda kerja, jeda waktu non-cutting sewaktu lanka lankah h balik balik cuku cukup p signif signifika ikan. n. Konse Konseku kuens ensiny inya, a, oper operas asii ini tida tidak k efis efisien ien dan dan ekonomis (kecuali untuk produksi jumlah kecil, yang biasanya untuk kasus benda kerja yang besar dan panjang). Efisiensi dari operasi ini dapat diperbaiki dengan melengapi planer dengan pemegang tool dan tool yang dapat memotong kedua arah gerak meja. Juga karenapanjang dari benda kerja, penting untuk melengkapi alat potong dengan chip breaker. Kalau tidak geram yang dihasilkan bisa sangat panjang dan dapat menggangu operasi dan juga berbahaya bagi keselamatan kerja.
Kecepatan potong pad planer dapat mencapai 120m/menit dengan kapasitas daya sampai 110KW. Kecepatan Kecepatan yang dianjurkan untuk besi cor dan stainless stainless steel adal adalah ah dala dalam m range range 3 sampa sampaii 6 m/me m/menit nit samp sampai ai denga dengan n 90 m/me m/menit nit untuk untuk alumuniumdan alumuniumdan magnesiumalloy. magnesiumalloy. Gerak makan biasanya dalam range 0.5 sampai 3 mm/langkah. Material tool yang paling umum adalah M2 dan M3 high-speed steel juga K20 (C2) dan P20 (C6) Carbide.
Shaping
Permesinan dengan shaping pada dasrnya sama dengan planing, kecuali (a) toolnya yang yang berger bergerak ak bukan bukan benda benda kerjan kerjanya, ya, dan (b) benda kerjany kerjanya a lebih lebih kecil, kecil, umumnya kurang dari 1 m x 2 m area permukaan. Pada shaper horizontal, Alat potongn potongnya ya berger bergerak ak maju maju mundurse mundursepan panjan jang g jalur jalur lurus. lurus. Tool Tool menemp menempel el pada pada Kepala Tool, yang terpasang pada ram. Ram memiliki gerakan yang berulang-ulang. Pada kebanyakan mesin, Gerak potong terjadi selama gerak maju dari ram (push cut); yang lainya, terjadi pada langkah balikdari ram (draw cut). Shaper vertikal (slot (slotte ters rs)) diguna digunaka kan n untu untuk k memp mempro rose ses s tonjo tonjola lan, n, keyw keyway ays, s, dan dan dies. dies. Kare Karena na kecepatan produksi yang rendah, hanya shaper untuk kegunaan khusus (seperti shaper gear) saja yang banyak saat ini.
23.5 BROACHING DAN MESIN BROACHING Operasi broaching adalah operasi yang menggunakan jumlah gigi yang banayak dan digunakan untuk permukaan dalam dan luar. 23.5.1 Mesin Broaching
Mesin broaching terbagi 2 yaitu tekan dan tarik bisa vertical atau horizontal, pada broaching tekan biasanya diguanan pada jarak antara 150-350 mm, dan broaching tarik dapat digunakan untuk benda kerja yang lebih panjang. 23.5.2 Parameter Pada Proses Broaching Kecepatan potong pada broaching berkisar antara 1.5 m/min untuk baja kekuatan tinggi dan 15 m/min untuk aluminium dan magnesium, untuk yang bisa maka material broach adalah M2 dan M7. 23.5.3 Desain untuk Broaching Hal-hal yang harus diperhatikan: a. Banda kerja seharusnya dapat digunakan pada mesin broaching atau machinability. b. lubang yang tidak presisi, dan permukaan yang tidak rata sharusnya dihindarkan. 23.6 SAWING Sawing adalah operaasi pemotongan menggunakan pahat potong dengan gigi yang kecil, setiap gigi atau mata pahat dan mengahasilkan geram atatu gerak potong. 23.6.1 Tipe Dari Saw Hacksaw denagan pahat lurus dan gerakan bolak-balik, digunakan untuk pemotongan baja dan batang. Power Hacksaw mata pahat 1.2 sampai 2.5 mm oada bagian tengah dan 610 mm bagian panjang. Circular saw digunakan pada benda kerja yang besar dan dapat pada pembuatan berbagai macam profil gigi dan ukuran. Band saw dapat digunakan untuk pemotongan yang berlanjut hasilnya lebih baik dari power hacksaw. 23.7 Pembuatan Roda Gigi dengan Proses Pemesinan 23.7.1 Pemotongan Bentuk Pada form cutting alat potong serupa dengan pemotong mesin milling. Gigi pada roda gigi dibentuk dari roda gigi yang masih polos dengan posisi pahat aksial dengan pemotong dengna kedalalman yang tepat untuk menghasilkan profil gigi yang diinginkan.
