Pengertian Metal Forming

METAL FORMING PROCESS

Pengertian Metal Forming
Metal Forming adalah proses pembentukan logam dengan mempergunakan gaya tekan untuk mengubah bentuk dan atau ukuran dari logam yang dikerjakan.Secara umum dapat dibagi 4 kelompok besar :

1 PRESSING
2.DRAWING
3.BENDING
4.SHEARING

Berdasarkan proses pengerjaan, dibagi 2 bagian :

1.HOT WORKING PROCESS
2.COLD WORKING PROCESS

HOT WORKING PROCESS

Pada proses pengerjaan ini tidak terjadi kenaikan tegangan lulur, kekerasan dan penurunan keuletan bahan.

THE ADVANTAGE OF HOT WORKING PRECESS

1.Energi yang dibutuhkan kecil
2.Flow ability tinggi
3.Difusi cepat
4.Blow hole dan porosity dapat dieliminir
5.Butir-butir lebih halus
6.Ductikity dan touhness meningkat

THE DISADVANTAGE OF HOT WORKING PRECESS

1.Terjadi oksidasi
2.Decarburization permukaan
3.Toleransi besar
4.Struktur dan sifat logam tidak uniform
5.Perlu peralatan tahan panas
6.Kontaminasi tidak dapat dikurangi

PROSES PENGERJAAN PANAS DAPAT DIKLASIFIKASIKAN :

ROLLING

Proses ini sering digunakan sebagai langkah awal dalam mengubah ingot dan billet menjadi produk setengah jadi/akhir.
Prinsip : menekan bahan dasar dengan menggunakan 2 rol atau lebih dengan arah putaran yang berlawanan sehingga terjadi perubahan dimensi (dimensi penampang)

Faktor yang juga hrus diperhatikan dalam proses rolling adalah sudut gigitan

ROLLING MILL

Prinsip : mengurangi ketebalan bisa dilakukan dengan pengerjaan panas maupun pengerjaan dingin

ROLLING FORGING

Pada proses ini roll dapat dibagi 2 bagian, yaitu SHAPE ROLLING dan ROLLING FORGING
SHAPE ROLLING umumnya mengerjakan bagian-bagian yang kecil, misalnya ulir dan dikerjakan pada pengerjaan panas.
Sedangkan ROLLING FORGING dikhususkan pada pengerjaan dingin dan mengerjakan bagian yang besar.

Keuntungannnya : benda kerja memiliki strength tinggi, biaya cost produksi lebih rendah dan laju produksi lebih tinggi dibanding dengan proses cutting.

ROLL FORMING

Proses ini memproduksi lembaran logam untuk pembuatan pipa, plat strip.
ROLL FORMING dikerjakan pada pengerjaan dingin untuk pembuatan lembaran kecil, lembaran dengan penampang tipis dan material yang lunak, misal aluminium, tembaga
FORGING

FORGING adalah proses pembentukan logam secara plastis dengan memberikan gaya tekan pada logam yang akan dibentuk .
Gaya tekan yang diberikan bisa secara manual maupun secara mekanis (HIDROLIS ataupun PNEUMATIS)
Proses FORGING bisa dikerjakan pada pengerjaan dingin maupun pengerjaan panas.

Ada 3 hal yang perlu diperhatikan dalam proses forging :

A. DRAWN OUT
B. UPSET
C.SQUEEZED

Proses FORGING dapat dikelompokkan :

1.HAMMER FORGING
2.DROP FORGING
3.PRESS FORGING
4.UPSET FORGING
5.ROLL FORGING
6.SWAGING

HAMMER FORGING

Proses ini merupakan forging yang paling sederhana. Pada umumnya landasan (ANVIL) dan HAMMER yang dipakai berbentuk datar. Sehingga proses ini diprioritaskan untuk membuat benda kerja yang sederhana dan skala produksi kecil. Prosesnya lama dan hasilnya tergantung dari skill operator.

DROP FORGING

PRINSIP : Memaksa logam panas yang plastis memenuhi dan mengisi bentuk die dengan cara penempaan. Proses ini yang diperlengkapi dengan die. Die umumnya dibagi dua bagian dimana satu bagian diletakkan pada hammer, yang lainnya pada anvil.

Syarat die yang digunakan harus kuat dan tangguh terhadap beban impact,keausan, dan temperatur umumnya terbuat dari campuran baja denga nkrom, molibdenum dan nickel.

Faktor yang penting dan harus diperhatikan adalah tenaga pneumatis dan tenaga hidrolis sehingga mesin-mesin tipe steam hammer maupun air hammer mampu bekerja sangat cepat, mudah dikontrol dan otomatis.

Impact forging juga merupakan bagian dari closed die forging hanya saja gerakan hammernya horisontal dan bisa dikerjakan dalam pengerjaan panas maupun dingin.

Gambar Perbandingan Drop Forging dengan Impact Forging

PRESS FORGING

Pada hammer forging maupun drop forging energi yang diberikan pada saat penempaan sebagian besar terserap oleh anvil, pondasi mesin dan permukaan luar benda kerja sedangkan bagian dalam benda kerja belum terdeformasi. karena itu untuk benda kerja dengan penampang tebal dan besar digunakan press forging.
Prinsip press forging : dilakukan penekanan secara perlahan-lahan pada benda kerja sampai menghasilkan aliran logam yang uniform.
Press forging biasanya dikerjakan tanpa die dan hammer maupun anvilnya berbentuk datar.

UPSET FORGING

Proses forging yang dikhususkan untuk pembesaran diameter pada ujung batang logam ditekan dalam arah memanjang.
Pada dasarnya benda kerja yang diupset berupa bar bulat, wire ataupun benda kerja berbentuk silindris.

Ada 3 hal yang diperhatikan pada saat melakukan upset forging :

1.Panjang benda yang diupset tidak lebih dari 3 kali diameter batang
2.Diameter upset tidak lebih dari 1,5 kali diameter batang
3.Panjang benda kerja yang tidak ditumpu oleh die tidak lebih dari diameter batang
SWAGING

SWAGING adalah proses pengurangan diameter benda kerja yang berbentuk bulat baik solid meupun berongga dengan cara penempaan berulang kali.

GAMBAR PROSES SWAGING

Disini die berfungsi sebagai hammer
Proses swaging juga dapat membentuk bentuk kerucut dan mengurangi diameter dalam maupun diameter luar penampang

ROLL FORGING

Proses forging untuk mengurangi ketebalan dari bar yang berbentuk bulat atau datar sehingga mengalami perpanjangan ke arah sumbu axisnya.
Roll forging biasanya memproduksi poros, batang taper dan pegas daun.

Roll forging terdiri dari dua roll semisilindris dengan bentuk groove sebesar 25-75 % sumbu putaran.

PIPE WELDING

PIPE WELDING adalah proses pengerjaan panas pembuatan pipa yang dibentuk dari lembaran logam, dilengkungkan sehingga penampangnya berbentuk lingkaran dan kemudian kedua sisinya disambungkan dengan pengelasan.
Bahan dasar proses ini berupa skelp, merupakan lembaran logam yang panjang dan sempit dengan ketebalan tertentu hasil proses hot rolling.

Berdasarkan cara penyambungan kedua sisi yang dilas, pipe welding dibagi :

A. BUTT WELDED PIPE
B.LAP WELDED PIPE

BUTT WELDED PIPE

PRINSIP : mula-mula skelp dalam bentuk gulungan (koil) ditempatkan pada welding bell, kemudian dilewatkan pada furnace dengan suhunya diatas temperatur rekristalisasi.
Setelah dari furnace ditarik menuju roll forming untuk diubah bentuknya menjadi silindir dan kedua sisinya disambung

Proses ini digunakan untuk membuat pipa berdiameter 1/8″ s/d 3″

LAP WELDED PIPE

PRINSIP : mula-mula skelp sudah mempunyai bentuk sudut sepanjang kedua sisinya, dilewatkan pada furnace dan setelah itu diarik diantara roll-roll sehingga berbentuk silinder dengan tepinya saling tertindih. Sambil dipanaskan kembali, skelp yang ditekuk bergerak melalui dua buah roll dimana terdapat mandrel untuk mengatur diameter dalam pipa. tepi-tepi dilas dengan tekanan antar roll dan mandril.

Proses ini digunakan untuk membuat pipa berdiameter 2″ s/d 16″ dengan panjang pipa maksimum 7 m dan biasanya untuk membuat pipa tembaga dan pipa kuningan.

PIERCING

Merupakan proses pengerjaan panas untuk membuat pipa tanpa sambungan (seamless pipe) dengan bahan baku berupa billet (batang bulat dan padat) Dengan demikian hasil dari proses ini tidak terdapat suatu garis penghubung hasil sambungan.

Batang logam padat yang telah dipanasi dengan salah satu ujungnya berlubang ditengah-tengahnya sebagai penunjuk bagi mandrel, dimasukkan ke dalam roll yang sumbunya membentuk 6 % terhadap sumbu benda kerja. Roll berputar searah, dan bentuk roll lebih kecil dibandingkan dengan diameter bahan.

Pada saat batang dimasukkan, batang akan terbawa oleh putaran dari roll dan karena adanya sudut kemiringan batang seakan-akan ditarik oleh kedua roll.

HOT DRAWING

Hot drawing adalah suatu proses pengerjaan panas dengan m,embentuklembaran logam menjadi bentuk tiga dimensi yang mempunyai kedalaman beberapa kali dari tebalnya dengan memberikan tekanan kepadanya melalui punch dan die

EKSTRUSI

PRINSIP : Logam ditekan dan ditarik mengalir melalui lubang die untuk membentuk benda kerja dengan luas penampang yang lebih kecil. Die yang dipakai umumnya terbuka. Ekstrusi dapat dibagi 3 jenis, yakni ekstrusi langsung, ekstrusi tidak langsung dan impact extrusion.

Proses ekstrusi bisa dikerjakan dalam pengerjaan dingin dan panas.

HOT SPINNING

HOT SPINNING adalah proses pembentukan logam panas secara plastis dari bentuk datar dengan ukuran tertentu menjadi bentuk yang sesuai dengan die dengan cara memutar benda kerja dan memberikan tekanan secara lokal pada sisi benda kerja.

Proses spinning dapat juga dikerjakan dengan proses pengerjaan dingin bahan benda kerjanya merupakan lembaran logam yang tipis dengan ketebalan sampai 6″ untuk pengerjaan panas.

COLD WORKING PROCESS

Proses pembentukan logam secara plastis dengan temperatur pengerjaan di bawah temperatur rekristalisasi.

The advantages of cold working process :
-tidak memerlukan pemanas
-hasil permukaan akhir lebih baik
-kontrol dimensi baik
-kontaminasi dapat dikurangi
-sifat strenght, fatique dan wear meningkat

The disadvantages of cold working process :
-gaya tekan yang dibutuhkan lebih besar
-peralatan mesin berat
-sifat ductility menurun
-permukaan logam harus bersih
-tegangan sisa yang tidak diinginkan terjadi

Klasifikasi proses pengerjaan dingin dapat dibagi menjadi :

SQUEEZING

Sebagian besar dari proses ini identik dengan pengerjaan panas. Alasan utama dalam pembentukan dingin dingin adalah keakuratan dimensi dan peningkatan permukaan akhir.

SWAGING
Cold swaging selalu dilakukan dengan menggunakan mesin putar yang mempunyai sederetan rol-rol yang berfungsi sebagai hammer yang menggerakkan anvil berikut die ke pusat perputaran. Proses ini untuk mengurangi diameter, membentuk taper,tube.

RIVETING
RIVETING adalah proses pengelingan. beberapa macam proses pengelingan tergantung dari mekanisme pembentuknya.
Bila menggunakan mesin press, prosesnya hanya sekali tekan sedangkan bila menggunakan hammer, bisa beberapa kali pemukulan.

STAKING
Fungsinya hampir sama dengan riveting, yaitu menyambung dua buah komponen yang satu lebih menonjol melalui sebuah lubang.
Karena adanya tekanan dari punch maka timbul deformasi ke arah radial dan ini akan mengunci/mengikat dua komponen tadi.

COINING
Proses ini digunakan untuk membuat medali dan mata uang yang memerlukan ketelitian yang tinggi dna ukuran yang tepat.
Tekanan yang dibutuhkan dalam proses ini tinggi sekali dan tidak ada kelebihan logam yang mengalir dari die.
Pengukuran yang teliti dari volume logam sangat diperlukan untuk menghindari kerusakan dari die

COLD EXTRUSION (IMPACT EXTRUSION)
Dalam proses ini dapat dibagi 2 jenis tipe, yaitu : tipe forward dan tipe backward. Dimana pada masing-masing tipe ini menggunakan open die maupun closed die.
Pada mulanya cold extrusion digunakan untuk logam-logam yang kekuatannya rendah, seperti timah putih, timah hitam, seng dan aluminium sehingga menghasilkan produk, misalnya tube yang bisa dilipat : pasta gigi, obat maupun cream.

Cold extrusion memungkinkan untuk mengekstruksi logam yang bersifat brittle, seperti halnya molybdenum

ROLL EXTRUSION
Digunakan untuk membentuk dinding silinder yang tipis dari dinding silinder tebal dengan menggunakan rol.
Prinsip : memaksakan logam mengalir keluar dari daerah antara rol dan die akibat penekanan dari rol yang berputar.

SHEARING
SHEARINGadalah proses pemotongan bahan tanpa pembentukan chip atau tanpa menggunakan burning atau melting.
Jika cutting blade lurus dinamakan shearing sedangkan jika cutting blade berbentuk lengkungan, bisa dinamakan blanding, piercing, notching dan trimming

Proses shearing dapat dibagi 2 kelompok besar, yaitu shear forming dan shearing

SHEAR FORMING
Bentuk-bentuk seperti kerucut, setengah bola sering kali dibentuk dengan shear forming atau flow turning, yaitu merupakan modifikasi dari proses spinning dimana tool formernya berputar dan bergerak maju.

SHEARING

Sewaktu punch turun mengenai benda kerja, logam terdeformasi plastis didalam die. Karena kelonggaran diantara punch dan die hanya 5-10% dari tebal benda kerja maka deformasi terlokalisir di daerah itu saja

SLITTING
Proses shearing yang menggunakan rol pemotong asepanjang benda kerja dengan lebar pemotongan sama dengan jarak antar rol.
Proses slitting ini merupakan proses kontinu dan dapat melakukan operasi secara cepat dan ekonomis
PIERCING AND BLANKING
Piercing dan blanking adalah operasi shearing dimana benatuk pisau merupakan lengkungan yang tertutup.
Perbedaan blanking dan piercing dapat ditinjau dari benda kerja dan skrapnya.
Bila hasil yang dipunch adalah benda kerja sedangkan bentuk yang tidak diinginkan tertinggal pada plat sisa adalah skrapny, ini dinamakan proses blanking.
Bila hasil yang dipunch adalah skrapnya sedangkan bentuk yang tertinggal pada plat sisa adalah benda kerja, ini dinamakan proses piercing.

SKEMATIK PERBEDAAN BLANKING & PIERCING

Piercing dan blanking biasanya dikerjakan dengan menggunakan mesin press mekanis.
Secara teoritis, punch seharusnya dapat masuk dengan tepat ke dalam die dengan kelonggaran merata hampir mendekati nol dan punch tidak perlu masuk ke dalam die.

Pada prakteknya kelonggaran ini diperlukan berkisar antara 5-12% dari ketebalan bahan, sedang yang umum dipakai sekitar 5-7% dan punch masuk sedikit ke dalam die.

Syarat-syarat piercing dan blanking :
1. Sudut benda kerja pada blanking harus merupakan radius yang tepat
2.Lebar dari slot yang dibentuk >= 1.5 tebal
3.Diameter piercing >= tebal sheet dan minimum 0.025 inch.
4. Jarak kedua lubang atau lubang dengan tepi >= tebal logam

Dalam pengertian piercing dapat dijumpai istilah seperti lancing, perforating, nibbling, dinking, dan notching.

DRAWING

Cold drawing merupakan proses pembentukan dingin secara plastis dari metal sepanjang sumbunya.

Proses ini dapat dibagi 5 kelompok besar
1.BAR AND TUBE DRAWING
2.WIRE DRAWING
3.STRETCH FORMING
4.DEEP DRAWING
5.FORMING WITH RUBBER

BAR AND TUBE DRAWING
Hasil dari bar drawing adalah pengecilan penampang melintang dan pemanjangan batang dengan konsekuensinya timbul strain.
Hardening pada umumnya proses ini dilakukan secara bertahap

Proses bar drawing ini biasanya diikuti dengan proses annealing jika reduksi penampangnya melebihi 30-50 %

Proses tube drawing digunakan untuk membuat pipa tanpa sambungan.
Bahan dasar yang digunakan berbentuk pipa sehingga kualitas pipa yang dihasilkan memiliki permukaan yang halus, berdinding tipis dan keakuratannya tinggi serta kekuatannya naik.
Mandrel dipergunakan dalam proses ini untuk diameter tube 1/2″-10″

WIRE DRAWING

Prinsipnya sama dengan bar drawing. Hanya saja diameternya lebih kecil, dan dikerjakan secara kontinu melalui beberapa die.
Jika diperlukan kawat yang lunak, annealing dilakukan didalam dapur dengan mengontrol temperaturnya setelah proses drawing terakhir.
Pada proses penarikan kontinu, kawat ditarik melalui beberapa die dan rol penarik yang disusun seri.

STRETCH FORMING
Pada proses ini, die (form block) hanya dikenai tegangan kompresi, benda kerja yang diikat dengan grip dan ditarik ke arah horisontal. Die umumnya terbuat/dapat dibuat dari kayu atay plastik.
Stretch forming merupakan proses yang dikembangkan dari aerospace dalam pembuatan penampang yang lebar dari sheet dan ditarik untuk membentuk lengkungan penampang.

DEEP DRAWING
Proses ini ditujukan untuk membuat tangki dengan berbagai bentuk dimana kedalamannya lebih besar dibandingkan dengan ukuran diameter, dan disamping itu dikenal juga istilah shallow drawing.

Pada dasarnya proses ini ada dua, yaitu:

1.SHRINK FORMING
Pada proses ini terjadi kompresi melingkar selama proses dengan pengurangan diameter dan logam cenderung tipis. Karena material cukup tebal maka pada dinding produk akan berakibat terjadi kerutan.

2.STRETCH FORMING
Pada proses ini terjadi pengecilan benda kerja sebagi akibat tarikan melingkar yang digunakan untuk memperbesar diameter.
Guna mencegah kerutan dna ketebalan dinding yang tidak merata, aliran logam harus dikontrol. Hal ini dapat diatasi dengan memberikan ring penakan. Perhatikan gambar dibawah ini.

FORMING WITH RUBBER
Pada proses ini karet dipakai sebagai penekan, ditujukan untuk mengeliminir salah satu die aas atau bawah.
Proses guerin forming didasarkan pada kenyataan bahwa sifat konsisten dari karet dapat mentransfer seluruh tekanan yang diberikannya secara uniform ke segala arah.

Proses bulging didasarkan bahwa fluida atau karet dimanfaatkan untuk memindahkan tekanan yang dibutuhkan untuk mengembangkan bahan baku ke arah luar sehingga menempel pada die.

BENDING
Bending adalah proses deformasi secara plastik dari logam terhadap sumbu linier dengan hanya sedikit atau hampir tidak mengalami perubahan perubahan luas permukaan.
Bending menyebabkan logam pada sisi luar sumbu netral mengalami tarikan, sedangkan pada sisi lainnya mengalami tekanan.

Proses bending dapat dibagi menjadi 6 bagian :
1.ANGLE BENDING
2.ROLL BENDING
3.ROLL FORMING
4.SEAMING
5.STRAIGHTENING
6.FLANGING

ANGLE BENDING
Angle bending untuk membuat lengkungan dengan sudut sampai +- 150o pada lembaran logam.

ROLL BENDING
Biasanya digunakan untuk membentuk silinder. Bentuk-bentuk lengkung atau lingkaran dari pelat logam.

ROLL FORMING
Proses ini digunakan untuk membuat bentuk-bentuk kompleks dengan bahan dasar lembaran logam . tebal bahan sebelum maupun sesudah proses pembenatukan tidak mengalami perubahan posisi roll dipasang sejajar dan prosesnya berjalan continu.

SEAMING
Seaming adalah operasi bending yang digunakan untuk menyambung ujung lembaran logam sehingga membentuk benda kerja seperti kaleng, drum, ember, dsb.
sambungan dibentuk dengan rol-rol kecil yang disusun secara berurutan.

STRAIGHTENING

STRAIGHTENING merupakan proses yang berlawanan dengan bending , digunakan untuk meluruskan lembaran logam .
Pada umumnya straightening dilaksanakan sebelum benda kerja dibending.
Proses ini menggunakan rol-rol yang dipasang sejajar dengan ketinggian sumbu rol yang berbeda.

FLANGING

Proses Flanging sama dengan seaming hanya saja ditunjukkan untuk melipat dan membentuk suatu permukaan yang lebih besar.

HIGH ENERGY RATE FORMING

PRINSIP: Proses pembentukan logam secara plastis dengan menggunakan energy yang tinggi dalam interval yang singkat . Seringkali High Energy Rate Forming disingkat dengan Herf.

Keuntungan dari Herf:

1. Memungkinkan membuat benda kerja besar dan sulit untuk dibentuk dengan peralatan yang lebih murah daripada yang lain
2. Hampir tidak ada Spring Back

Herf dapat dilaksanakan dengan 5 metoda:

1. Underwater Explosions
2. Teknik Electrohydraulic
3. Pneumatic – Mechanical Mean
4. Internal Combustion of Gaseous Mixtures
5. Teknik Electromagnetik