metal forging

Klompok 1

M. Haikal
Ryan Noviansyah
Adi Irman Sanjaya
Hasanuddin
Aditya Prima

ANALISIS PROSES PEMBENTUKAN LOGAM

Misalkan Seorang insinyur bekerja di industri manufaktur logam, diminta untuk mendisain suatu proses pembentukan logam, baik primer maupun sekunder, seperti pengerolan (rolling), penempaan (forging), ekstursi (extursion), penarikan (drawing). Sebagai seorang insinyur, salah satu pekerjaan yang harus dilakukan adalah menentukan atau memilih kapasitas mesin (energi, gaya, torsi) serta perkakas dan peralatan yang akan digunakan untuk proses tersebut. Untuk dapat menentukan kedua hal tersebut, perlu diprediksi berapa beban eksternal yang diperlukan agar logam dapat mulai mengalir dan terdeformasi plastis serta bagaimana distribusi tegangan dan regangan pada permukaan benda kerja maupun perkakas. Dengan kata lain, di dalam mendisain proses pembentukan logam, seorang insinyur perlu melakukan analisis untuk dapat memprediksi beban eksternal yang dibutuhkan serta distribusi regangan dan tegangannya, sehingga seorang insinyur dapat menentukan atau memilih kapasitas mesin, perkakas, dan peralatan yang paling sesuai untuk proses tersebut. Metode-metode analisis yang telah dikembangkan, pada dasarnya ditujukan untuk membantu pekerjaan insinyur di dalam mendisain proses pembentukan logam, terutama di dalam menentukan hubungan kinematik dan batas-batas pembentukan, memprediksi gaya-gaya eksternal atau tegangan internal yang diperlukan untuk mengeksekusi proses pembentukan logam, serta menentukan perkakas dan peralatan yang diperlukan [1]. Di dalam proses pembentukan logam terjadi berbagai macam fenomena fisik, seperti aliran logam, friksi, panas yang timbul maupun ditransfer selama terjadi aliran plastis, hubungan antara mikrostruktur dan sifat-sifat, serta kondisi proses. Oleh karena itu, secara teoritis akan sulit untuk dapat melakukan analisis secara kuantitatif. Berbagai ketidakpastian yang terjadi, seperti efek-efek gesekan, deformasi non homogen, dan pengerasan regangan misalnya, dapat menyebabkan terjadinya kesulitan di dalam memprediksi suatu nilai yang eksak. Teori-teori analisis proses pembentukan logam secara garis besar dapat dibagi menjadi menjadi dua bagian, yaitu teori klasik dan teori non klasik. Metode klasik, pada dasarnya tetap perlu untuk dipelajari, walaupun saat ini telah berkembang metode analisis yang lebih cepat dan akurat. Teori-teori tersebut diperlukan di dalam kondisi di mana tidak tersedia fasilitas komputasi yang memadai. Di samping itu, teori-teori tersebut umumnya lebih baik di dalam memahami proses pembentukan logam terutama dalam kaitannya dengan materi kuliah yang telah dipelajari sebelumnya. Teori-teori yang akan dibahas adalah kerja pada proses pengujian tarik dan kerja pada proses pembentukan logam.

A.           Kerja Pada Proses Pengujian Tarik

Pengujian tarik adalah salah satu metode pengujian material yang paling luas penggunaannya. Pada pengujian tarik, spesimen uji mengalami pembebanan satu sumbu (uniaxial loading) yang menyebabkan terjadinya deformasi baik elastis maupun plastis. Dari pengujian ini dapat dipelajari perilaku dari material sebagai respon terhadap beban yang diberikan, termasuk di antaranya adalah menghitung kerja yang dilakukan selama deformasi. Di dalam dasar-dasar mekanika kita telah mengetahui bahwa kerja yang dilakukan adalah sama dengan perkalian skalar gaya dan perpindahan (dW=F.ds). Berdasarkan hal tersebut, dapat dihitung kerja, baik elastis maupun plastis, yang dilakukan selama proses pengujian tarik. Persamaan yang lebih sederhana dapat diturunkan dari persamaan diferensial umum tersebut dengan menganggap bahwa logam berperilaku elastis ideal, yaitu mengikuti hukum proporsionalitas Hooke, serta berperilaku plastis ideal (n=1), atau mengikuti persamaan konstitutif tertentu sesuai dengan karakteristik masing-masing material.

B.            Kerja Pada Proses Pembentukan Logam

Untuk memahami lebih hubungan antara pengujian tarik dengan pembentukan logam, Kerja yang dilakukan selama deformasi plastis pada pengujian tarik dengan mudah dapat kita hitung. Kerja tersebut adalah kerja minimum yang diperlukan untuk proses deformasi, yang selanjutnya disebut sebagai Kerja Ideal. Salah satu karakteristik penting dari Kerja Ideal adalah bahwa Kerja Ideal hanya tergantung pada konfigurasi awal dan konfigurasi akhir saja. Pada kenyataannya, Kerja Aktual pada proses pembentukan logam, tidak hanya tergantung pada kondisi awal dan akhir saja, tetapi juga tergantung pada bagaimana gaya-gaya tersebut diberikan. Jika kita menganalisa proses pembentukan logam, maka kita dapat melihat bahwa

energi eksternal, selain digunakan untuk proses deformasi menjadi bentuk akhir tertentu, digunakan pula untuk hal-hal lain yang tidak berkaitan langsung. Secara umum, Kerja Eksternal yang dibutuhkan di dalam proses pembentukan logam, selain Kerja Ideal, meliputi pula Kerja Redundan dan Kerja Friksi. Apakah yang dimaksud dengan Kerja Redundan atau Kerja Friksi?. Definisi berikut ini diharapkan dapat membantu memahami kedua hal tersebut. Kerja redundan adalah kerja yang dilakukan untuk deformasi, yang sebetulnya tidak diperlukan untuk mencapai bentuk akhir tertentu. Sedangkan kerja friksi adalah kerja yang dikeluarkan pada permukaan batas antar muka dari benda kerja dan perkakas yang tidak memberikan kontribusi sama sekali terhadap deformasi.

REFERENSI

[1] Taylan Altan, Soo-Ik Oh, and Harold L. Gegel. Metal Forming, Fundamental and Aplications, ASM, Metal Parks Ohio, 1983.

[2] J.N. Harris. Mechanical Working of Metals: Theory and Practice 1st ed., Pergamon Press Ltd., Oxford, 1983.

[3] Robert H. Wagoner and Jean-Loup Chenot. Fundamentals of Metal Forming, John Wiley and Sons Inc., New York, 1996.