Proses Produksi

1

Dr. Ir. Gandjar Kiswanto, M.Eng

Departemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Proses Produksi(Manufacturing Processes)

2


DTM FTUI

• Pengajar : Gandjar Kiswanto• Office : Manufacturing Laboratory, Dept. of Mechanical Eng. UI• Telepon : 7270032 ext. 222• E-mail : [email protected]• Referensi :

3 Lindberg, R. A., Process and materials of manufacture, Allyn and Bacon, 4th

edition, 1990.3 Black, S. C., et. al., Principles of engineering manufacture, Arnold, 3rd edition,

1996.3 Degarmo P. E., et. al., Materials and Process in Manufacturing, Prentice-Hall,

8th edition, 1997.3 Groover M. P., Fundamentals of modern manufacturing – materials, processes

and system, Jhon-Wiley, 1998.3 Schey J. A., Introduction to manufacturing processes, McGraw-Hill, 2nd

edition, 1987.

Pengajar dan Referensi

mailto:[email protected]

3


DTM FTUI Keterkaitan ke-ilmuan Proses Produksi

4


DTM FTUI Topik kuliah1. Proses pengecoran logam (Casting)2. Proses pembentukan logam : Forging, Rolling, Extrusion,

Drawing, Sheet Metal Forming3. Proses penyambungan (Joining)4. Proses pemesinan konvensional (Conventional Machining)5. Optimasi proses pemesinan6. Proses pemesinan non-konvensional (Non-Conventional

Machining)7. Rekayasa balik (Reverse Engineering)8. Rapidprototyping9. Praktikum (Lab section)

5


DTM FTUI Evaluasi kuliah

§ Evaluasi :Group Work (Tugas + Praktikum) 30% Mid Test 20%Quiz (2 times x 5 %) 10%Final Test 40%

§ Skala nilai :A/A- 80 - 100B+/B/B- 70 - 79C+/C/C- 55 - 69D+/D/D- 30 - 54

6


DTM FTUI

Conceptual design

Prototype

Final design

Verification

Revised design

Preliminary design

Process selection, design andplanning

Production planningand scheduling

Manufacturing

Tool selection and design

Tool construction and installation

Tahap dari desain hingga proses manufaktur

Des

ign

Pla

n f

or

pro

du

ctio

n

Too

lin

g

7


DTM FTUI

Evolusi Material

Material untuk proses manufaktur

8


DTM FTUI

Manufacturing Processes

Casting

Forging

Rolling

Extrusion

Forming

Machining

Materials

Rapidprototyping(Material IncressManufacturing)

Joining

•Cast Iron•Steel

Ferrous• Alumunium• Copper• Zinc• Titanium• Magnesium• Nickel

Non-Ferrous

Alloys

Composites

Ceramics

Polymers

Heat treatment

Jenis Material dan Proses Manufaktur

Surface treatment

9


DTM FTUI

CastingExpendable mold

Multiple use mold

Sand castingShell castingInvestment castingLost foam castingDie CastingPermanent mold casting

Machining

Conventional Machining

Non-conventional Machining

TurningMillingDrilling, BoringTapingGrinding, Honing, LappingEtchingElectro Discharge machiningElectro PolishingWater jetLaser beam

ForgingRollingExtrusionBendingDeep DrawingSpinningSwaging

OxyfuelArcPlasmaLaser

Discrete fastenerIntegral fastenerShrink fitPress fit

Hot Forming

Cold Forming

WeldingBrazingSolderingAdhesive Bonding

Mechanical Bonding

Forming

Joining

Pengelompokan Proses Manufaktur

10


DTM FTUI

CastingExpendable mold

Multiple use mold

Sand castingShell castingInvestment castingLost foam castingDie CastingPermanent mold casting

Machining

Conventional Machining

Non-conventional Machining

TurningMillingDrilling, BoringTapingGrinding, Honing, LappingEtchingElectro Discharge machiningElectro PolishingWater jetLaser beam

ForgingRollingExtrusionBendingDeep DrawingSpinningSwaging

OxyfuelArcPlasmaLaser

Discrete fastenerIntegral fastenerShrink fitPress fit

Hot Forming

Cold Forming

Welding

BrazingSolderingAdhesive Bonding

Mechanical Bonding

Forming

Joining

11


DTM FTUI

Definisi ? :• Sebuah proses dimana metal (logam) atau material cair dialirkan dengan

gravitasi atau gaya lain ke-dalam cetakan (mold) sehingga logam(material) cair tersebut membeku di dalam rongga cetakatan.

• Bentuk produk casting a.l. :• Ingot• Produk bentukan

• Biasanya dikerjakan di foundry (dapur casting pengecoran -penuangan

Casting (pengecoran)

History of casting (sejarang pengecoran) :• Dimulai 6000 thn laluà casting perunggu 3000 SM di Mesopotamia• Pengocaran besi kasar secara besar tjd pada abad ke-14 à ketika Jerman-Itali

merubah tanur primitif beralas datar menjadi tanur tiup berbentuk silinder• Pengecoran dgn menggunakan cetakan pasir yang dikenal dengan sand

casting telah dikenal selama beratus-ratus tahun yang lalu.• Secara umum pengecoran modern dibagi atas 3 masaà 1) tahun 1700an, 2)

pertengahan 1700-1800an, 3) 1875 sampai dengan sekarang.• Benda cor produk tahun 1900-1940an cenderung tebal dan performancenya

lebih baik. Kualitas proses produksi mencapai puncaknya dimulai pada tahun1920-1940an.

12


DTM FTUI

• Part yg dibuat memiliki bentuk internal dan external (cavities) yg kompleks e.g. asymetric parts à tidak dapat atau sulit di jangkau (inaccessible) oleh pahatdalam proses pemesinan.

• Part yg dibuat memiliki cavity (cross sectional area) yg besar dan mungkinmemerlukan penghilangan material yang banyak.

• Part yg dibuat dpt mencapai spesifikasi toleransi yang mendekati spesifikasitoleransi akhiràclose tolerance (net-shape).

• Mengurangi directional properties dari material (metals). Kualitas anisotropic yang lebih baik dibandingkan dengan material yang di kempa (melalui prosesforging) atau pembentukan.

• Metal berharga (precious metals)à tidak ada atau sedikit kehilangan material.• Membutuhkan material yg memiliki karakteristik redam (damping) yg baikà

e.g. Gray Cast Iron.

Keuntungan dalam penggunaan proses casting (pengecoran)? :

Kekurangan dalam proses casting (pengecoran)? :• Keterbatasan dalam sifat mekanik (mechanical properties) àPorositas• Keterbasan dalam ke-akurasi-an dimensi (ukuran) & permukaan akhir utk

beberapa proses casting• Keamanan bekerja dengan metal cair yg panas• Tungku peleburan yang mengeluarkan limbah padat dan polusi udara• Part dpt di manufaktur dengan proses lain yg lebih mudah dan hemat biaya

(cost effective) : deep drawing, atau punch-press, dll

Keuntungan dan kekurangan Casting :Casting

13


DTM FTUI Contoh produk casting

Camera case

Disc brakeTransmissionhousing

Casting

14


DTM FTUI Alur proses casting (garis besar)

Pembuatan mold (cetakan)

Peleburan material àmetal (logam)

Penuangan metal cairke dalam mold

Pengangkatan produk cetakandan pembersihan

Sand casting :

Daur ulang sand mold (pasir cetak)

Casting

Proses pembekuan metal cair

15


DTM FTUI

1. Tipe MOLD berdasarkan mampu pakainya :a. Expandable mold (single-use mold)

3Mold dari produk hasil pengecoran (metal cair yg kemudianmengeras) harus di hancurkan untuk mendapatkan produk tsb.

3Dibuat dari pasir (sand), plaster & material sejenis3Lebih ekonimisà laju produksi kecil

b.Multiple-use mold3Mold dapat digunakan berulang kali untuk menghasilkan produk

casting3Dibuat dari metal atau graphite3Biaya tinggià laju produksi besar

2. Tipe MOLD berdasarkan keterbukaan moldnya :a. Open Moldb.Close Mold

Jenis Mold untuk CastingCasting

16


DTM FTUI Jenis Mold untuk Casting (cont’d)

b) Closed moldà Geometri moldlebih kompleks dan memerlukansistem gating à utk bentukproduk yg lebih kompleks(internal & eksternal)

a) Open moldàMold dgnbentuk sederhaanaà sptkontainer (wadah) ygberbentuk produk ygdiinginkan

Casting

Gambar : Jenis mold dan komponen-komponen pada mold

17


DTM FTUI Komponen-komponen MoldCasting

1. Mold : Cetakan tempat dimana material cair di tempatkan dan memiliki cavity ygmerupakan bentuk dari produk yg di inginkan.

2. Mold cavity : Rongga yg memiliki bentuk sesuai dengan bentuk part yg akan dihasilkan dan tempat di mana material cair dituang

3. Pattern : Duplikat/tiruan dari produk akhir yg di-inginkan dan digunakan dalampembuatan mold (cavity). Pertimbangkan shringkage allowanceà lebih besar (e.g. 2% dari aslinya).

4. Flask : Box (wadah) yg men-support/menampung bahan/material mold.

18


DTM FTUI Komponen-komponen Mold (cont’d)Casting

5. Core : Bagian yg ditambahkan (disisipkan) ke dalam mold cavity sebagai bagianuntuk membentuk produk casting (utk menghasilkan bentuk geometrik ygdiinginkan) à lubang yg memang ada pada disain dr produk.

6. Core print : Bagian yg ditambahkan ke dalam pattern untuk menyangga core.

7. Riser : Extra rongga yg dibuat di dalam mold yg juga di isi oleh material (e.g. metal) cair sebagai cadangan (reservoir) metal cair yg dpt juga mengalir kedalammold cavity untuk kompensasi tjd-nya shringkage proses pembekuan.

19


DTM FTUI

CastingKomponen-komponen Mold (cont’d)

8. Gating system : pouring cup, sprue (kanal vertikal dari gating), runner (kanalhorizontal) à utk mengalirkan material cair, vents (way-out udara/gas di dlmmold).

9. Cope : Bagian atas mold, pattern, core dan flask.

10. Drag : Bagian bawah mold, pattern, core dan flask.

11. Parting surface (line) : interface yg memisahkan cope dan drag termasuk : flask, pattern atau core (pd sebagian proses castin).

12. Draft : taper yg memungkinkan produk casting dapat di tarik dari mold

20


DTM FTUI

§ Ferrous : • Cast iron (besi cor)• Steel (baja)

Material untuk castingàMaterial yang dapat di lebur dan mengalami pembekuan setelahnya : Metal, alloy, polymers, dll

Contoh yg umum : Metalà §Non Ferrous :• Alumunium• Copper (Tembaga)• Zinc (Seng)• Timah• Magnesium• Nickel• Titanium

§ Hampir semua logam dapat dicasting§ Yang lebih baik memiliki sifat :

♦ Titik lebur rendah♦ Beda titik lebur dengan titik didih cukup jauh♦ Fluiditasnya baik♦ Tidak terlalu reaktif dengan udara pada suhu tinggi

Casting

21


DTM FTUI Persyaratan dasar dalam proses casting6 syarat dasar yg berhubungan dengan hampir semua proses casting :1. Mold cavity :

• Memiliki bentuk dan ukuran sesuai yg di inginkan (à spek. geometri daricasted part yg di-inginkan harus ada di cavity).

• Harus mempertimbangkan allowance utk shringkage (penciutan) material ygmembeku.

• Material Mold harus tahan dan tidak bereaksi terhadap material cair (e.g. metal) à produk tidak boleh mengandung material mold.

2. Melting process (Proses pelelehan) :• Harus dapat menghasilkan metal/logam/material cair pada suhu yg sesuai

dan pd jumlah & kualitas yang diinginkan dgn harga yg beralasan.

3. Pouring technique (metoda/teknik Penuangan) :• Harus memiliki mekanisme untuk mengalirkan material (e.g. metal) cair ke

dlm mold• Harus ada mekanisme utk menghilangkan udara/gas yg ada (terjebak) didlm

cavity sebelum proses penuanganà full dense (porositas sesuai spek)

Casting

22


DTM FTUI Persyaratan dasar dalam proses casting (cont’d)4. Solidification process (Proses pembekuan) :

• Harus di rancang dan di kendalikan dengan baikà proses pembekuan(solidifikasi) dan penciutan (shringkage) karena pembekuan material (metal) cair tdk boleh menyebabkan porositas dan rongga (void).

• Mold tidak boleh membatasi terjadinya shringkage pada proses pendinginan(cooling) secara berlebihanà casting mudah crack (retak) dan kekuatannyarendah.

5. Mold and (casted) part removal :• Harus dapat membuka mold dan melepas produk (casted material) dengan

mudah dan tidak menyebabkan cacat pada part.

6. Finishing operation à cleaning, finishing + inpection :• Pembersihan pada permukaan produk thd : material mold, material lebih

(dari material produk itu sendiri) yg terbentuk saat penuangan dansolidifikasià sepanjang parting line !

Casting

23


DTM FTUI Penggunaan Energi dalam metal casting

§ Melting 55 %§ Heat Treatment 6 %§ Post cast 7 %§ Core making 12 %§ Mold making 12 %§ Lainnya 12 %

Energy Use in Metal casting

55%

12%

12%

6%

7%

8%

MeltingHeat TreatmentPost CastCoremakingMoldmakingOther

Casting

24


DTM FTUI

( ) ( ){ }mplfoms TTCHTTCVH −++−= ρ

• Energi panas (heat energy) yg di butuhkan adalah penjumlahan dari :3 Heat (kalor) untuk menaikan suhu ke titik lebur3 Heat of fusion untuk merubah padat (solid) ke cair (liquid)3 Heat utk menaikan metal cair ke suhu penuangan yg diinginkan

§ H = total heat required to raise the temperature of the metal to the pouring temperature, Btu (J)

§ ρ = density, lbm/in3 (g/cm3)§ Cs = weight specific heat for the solid metal, Btu/lbm-Of (J/g-oC)§ Tm = melting temperature of the metal§ To = starting temperature, usually ambient, oF (oC)§ Hf = heat of fusion, Btu/lbm (J/g)§ Cl = weight specific heat of the liquid metal, Btu/lbm-oF (J/g-oC)§ Tp = pouring temperature, oF (oC)§ V = volume of metal being heated, in3 (cm3)

(1)

CastingPemanasan Metal (logam)

25


DTM FTUI

Contoh :One cubic foot of a certain eutectic alloy will be heated in a crucible from room temperature to 200o above its melting point for casting. The properties of the alloy are density = 0.15 lbm/in3, Melting point = 1300 oF, specific heat of the liquid metal = 0.082 Btu/lbm-oF in the solid state; and heat of fusion = 72 Btu/lbm. How much heat energy must be added to accomplish the heating, assuming no losses?

Solusi : Assume ambient temperature in the foundry = 80 oF and that the densities of liquid and solid states of the metal are the same. Nothing that 1 ft3 = 1728 in3 and substituting the property values into eq. (1), we have :H = (0.15) (1728) {0.082 (1300 – 80) + 72 + 0.071 (1500 – 1300)}

= 48,273.4 Btu

CastingPemanasan Metal (cont’d)

26


DTM FTUI

• Pouring temperature (Suhu penuangan)3 Suhu penuangan (suhu metal cair saat

dituang ke dalam mold)• Pouring rate (Laju penuangan)

3 Laju volumetrik penuangan metal cair kedalam mold

• Turbulence3 Perubahan kecepatan fluida yg tidak

teratur, baik besar maupun arahnyaàerosi mold yg berlebihanà tjd keausanpada badan mold (karena aliran metal cair)

CastingPenuangan Metal cair

27


DTM FTUI

• Laju aliran (Flow velocity) :

• Laju volumetrik aliran (Volume rate of flow) :

• Waktu pengisian mold dgn volume V (Time required to fill a mold cavity of volume V) :

3 MFT = mold filling time, sec (s)3 V = volume of mold cavity, in3 (cm3)3 Q = volume flow rate, in3/sec (cm3/s)

ghv 2=

QVMFT =

2211 AvAvQ ==

(2)

(3)

(4)

Casting Analisa proses penuangan (pouring)

28


DTM FTUI

Contoh :A certain mold has a sprue whose length is 8.0 in. and the cross-sectional area at the base of the sprue is 0.4 in2. The sprue feeds a horizontal runner leading into a mold cavity whose volume is 100 in.3. Determine (a) velocity of the molten metal at the base of the sprue, (b) volumetric flow-rate , and (c) time to fill the mold

Solusi :(a) The velocity of the flowing metal at the base of the sprue is given by eq (2):

(b) The volumetric flow rate is

(c) The time required to fill a mold cavity of 100 in.3 at this flow rate is

sec/.65.78)0.8)(6.386(22 inghv ===

sec2.35.31

100===

QVMFT

sec/.5.31sec)/.65.78)(.4.0( 32 inininvAQ ===

Casting Analisa proses penuangan (cont’d)

29


DTM FTUI

Casting

Sifat-sifat proses pembekuan diketahui melaluià Cooling curveà kurvayg menggambarkan transisi pada struktur material (metal) dari liquid ke padatmenurut perubahan suhu-waktuà penting utk proses penuangan dan pembekuan!!!

Pada proses pembekuan : •Karakteristik struktur yg menentukan properties (sifat) dariproduk di-set•Dapat terjadi Cacat produk casting (cor) à porositas gas danpenciutan produk

Dua tahap pembekuan (Solidification stages) : Nucleation (nukleasi)àgrowth (perambatan beku)

• Nukleasi : terbentuknya partikel solid yg stabil dari material cair (molten liquid)

• Growth : terjadi saat heat-of-fusion yg terlibat terlepas secara kontinyu darimaterial cair.

Proses pembekuan (solidification process)

30


DTM FTUI

Figure : Cooling curve for a pure metal during casting

Pelepasan panasà transisi liquid ke solid!su

pe

rhe

at

Proses pembekuan (cont’d)Casting

31


DTM FTUI

Figure : (a) Phase diagram for a copper-nickel alloy system, and (b) associated cooling curve for a 50%Ni-50%Cu composition during casting

CastingTotal liquid

Total solid Two phase

Freezing range

Proses pembekuan (cont’d)

32


DTM FTUI

§ Chvorinov’s Rule (memperkirakan waktu pembekuan) :

Dimana :TST = Total solidification time, minV = volume of the casting, in.3 (cm3)A = surface area of the casting, in.2 (cm2)N = Sbh exponent (umumnya n = 2)Cm = mold constant, min/in.2

n

m AVCTST

=

Casting

Sh = Pt - Ft•Semakin besar superheatà semakin banyak waktu yg di ijinkan bagimaterial untuk mengalir kedalam detail cavity sebelum mulai pembekuan !

(5)

(6)

Waktu pembekuan (Solidification Time)

33


DTM FTUI

Casting

1. Liquid contraction

2. Solidification

3. Solid thermal contraction

Shringkage tjd dalam 3 proses :

Penciutan (Shringkage)Volumetric reduction of the casted parts due to solidification and cooling(Penciutan (penguranganukuran) volumetrik casted-part karena prosessolidifikasi danpendinginan).

34


DTM FTUI

Casting

6.05.5Bronze (Cu-Sn)

7.54.5Copper

7.23.0Low carbon cast steel

3.00Gray cast iron, high carbon

3.01.8Gray cast iron

5.07.0Aluminum alloy (typical)

5.67.0Aluminum

Solid thermal contraction, %

Solidification shrinkage, %Metal

Volumetric contraction due to:

Penciutan (Shringkage) (cont’d)

35


DTM FTUI Struktur produk cor (casted part)1. Chill zone : zone kristal yg sempit dan ber-orientasi secara

random dan membentuk permukaan benda cor. Proses nukleasiyg cepat (pembentukan partikel solid) terjadi pada zone inikarena adanya dinding mold dan pendinginan permukaan ygrelatif cepat.

2. Columnar zone : Zone yg berbentuk kolom terbentuk karenasaat terjadinya chill zone à Laju pelepasan panas + lajupembekuan menurunà kristal berkembang ke arahperpendikular (tegak lurus) permukaan casting àparalell kristalyg sangat terarah !

3. Equiaxed zone : Kristal spheris yg terorientasi secara random !

Permukaan casting

Casting

36


DTM FTUI Permasalahan dalam metal-cair1. Dross atau Slagàmetal oxida (i.e. ceramic material), yg tjd karena reaksi

antara Oxygen dengan metal cair dan sekelilingnya, yg terbawa saatpenuangan dan pengisian (mold) cavityà terjebak dalam produk coràmemperburuk permukaan produk cor (casted part), mampu mesin(machinibility) dan sifat mekanik (mechanical properties).

Pencegahan a.l. :

• menutup/melindungi metal cair sebelum dan saat penuangan, ataupelelehan (peleburan) dan penuangan material cair dilakukan di dalamruangan terkendali atau vakum.

• Membuat pour ladle (alat penuang metal cair) khusus yg dapatmenutup kemungkinan reaksi antara lingkungan (udara/oxigen) dgnmetal cair.

• Merancang gating system untuk menjebak dross sehingga tidak masukkedalam mold cavity.

Casting

37


DTM FTUI

2. Gas porosityà tjd karena gas bercampur dengan metal cairàmembentukrongga/gelembung udara (bubbles) di dalam produk cor (casting).

Pencegahan a.l. :

• Peleburan di lakukan dalam : ruang vakum, lingkungan yg memilikigas yg solubilitas-nya rendah, atau dengan penutup yg menghindarikontak dengan udara.

• Menjaga suhu superheat rendah untuk meminimasi solubilitas.

• Penanganan proses penuangan yg hati-hati untuk mencegah turbulensyg dpt menyebabkan bercampurnya udara dengan material cair.

• Gas flushing : melewatkan gelembung-gelembung gas reaktif dgn gas yg larut dalam metal cair (e.g. bubles dari nitrogen/chlorine menghilangkan hydrogen di dlm alumunium cair).

Permasalahan dalam metal-cair (cont’d)Casting

38


DTM FTUI Tingkat ke-cair-an (Fluiditas / fluidity)à Kemampuan metal cair untuk mengalir (flow) dan kemudian mengisi(fill) mold cavity.

•Cacat produk cor tjd bila metal cair mulai membeku sebelum seluruhnyamengisi mold cavityàmisruns atau cold sluts

•Tergantung pd : komposisi, suhu pembekuan, range pembekuan darimateral cair (metal, alloy). Plg dipengaruhià suhu penuangan, atau jumlahsuperheat !

Suhu penuangan = Fluiditas

Hindari Suhu Tuang yg terlalu tinggi !àmetal cair penetrasi kepermukaan mold (mengisi rongga/celah pada mold) à pada sand-casting : metal cair bagian luar menyusup pada permukaan pasiràpermukaan produk cor mengandung pasir !

Casting

39


DTM FTUI

CastingGating systemGating system dan Laju Pengisian (penuangan)à

• Laju pengisian yg cepatà erosi pada gating system danmold cavity = ikutnya material mold/gating kedalamproduk cor.• Laju pengisian yg rendah (slow filling) dan heat loss padametal cairà cepat membekuàmisruns dan cold sluts.

Pertimbangan dalam merancang gating-system àmempengaruhi ke-mampu-aliran (flowdity/flowditas) metal cair :

§Kanal pendek dan penampang bundar atau persegi dari gating systemàmenghindari Kerugian Panas (Heat loss).

§Gates lebih dari satu atau dua (Multiple gates)à mempercepat distribusimetal cair ke dalam mold cavity (utk big cavity).

§Panjang Sprue yg pendek (Short sprue) àmempercepat jalannya metal cairke-dalam mold.

40


DTM FTUI

CastingGating system (cont’d)

41


DTM FTUI

CastingRiser

Extra rongga yg dibuat di dalam mold yg juga di isi oleh material (e.g. metal) cairsebagai cadangan (reservoir) metal cair yg dpt juga mengalir kedalam mold cavity untuk kompensasi tjd-nya shringkage proses pembekuan.

•Riser harus membeku setelah produk cor (casting) à bila sebaliknya : metal cair dari mold cavity akan mengalir ke riser à shringkage lebih banyak !!!

•Proses casting harus di rancang agar arah pembekuan berjalan dari mold cavity ke riser ! à shg riser dpt memberikan mold cavity tambahanmaterial (metal) cair utk kompensasi penciutan !

•Pembuatan multiple risers dimungkinkanà agar kompensasi shringkagepada mold cavity : lebih cepat dan merata.

Desain Riser yg BAIK ? :

1. Luas permukaan yg kecilàpembekuan yg panjang.

2. Berbentuk spheris/cone/silinder.

3. Di tmpkan pd bagian casting dgnketebalan tertinggi.

42


DTM FTUI Pattern (Pola) : karakteristikCasting

43


DTM FTUI Pattern (Pola) (cont’d)Pattern :

• Pertimbangkan allowanceà A) shringkage allowanceà dibuat lebih besar daridimensi asli produk (Kontraksi casting karena proses pendinginan e.g. 2% àtergantung dari metal/material yang di casting). B) Machining (finishing) allowance. C) Distortion allowance

• Mold dibuat menjadi 2 atau lebih bagianàmempermudah pengambilan pattern dan produk casting.

• Buat DRAFT untuk mempermudah pelepasan pattern yg memiliki permukaantegak-lurus parting-line (parallel dgn arah penarikan mold).

Allowance untukkontraksi

MaterialNo

1.5%Brass4

1.0-1.3%Alumunium3

1.5-2.0%Steel2

0.8-1.0%Cast Iron1

Casting

44


DTM FTUI Pattern (Pola) (cont’d)

Contoh Shrink rule danallowances

CastingPenambahan DRAFT

45


DTM FTUI Pattern (Pola) (cont’d)Casting

Penambahan DRAFT

46


DTM FTUI

•Parting planeàmempengaruhi :1. Jumlah core : perubahan parting line dpt menghilangkan core !2. Penggunaan gating system yg efektif dan ekonomis3. Berat akhir produk casting4. Metode untuk menyangga core5. Ke-akurasian dimensi akhir6. Kemudahan molding

Pertimbangan dalam perancangan casting

•Ketebalan minimum bagian casting : à

Casting

47


DTM FTUI Pertimbangan dalam perancangan casting (cont’d)•Pemakaian fillet pada perpotongan dua bagian castingàmengurangikonsentrasi tegangan. Fillet berlebihanàHot Spot !

Gambar : Aturan dalam pemakaian fillet Hot Spot

Casting

48


DTM FTUI

CastingAlur Casting pembuatan Baja (Steel)

49


DTM FTUI Alur Casting pembuatan Baja (Steel)Casting

50


DTM FTUI

Casting1. Berdasarkan tipe MOLD :

a. Expandable mold (single-use mold) casting3 Mold dari produk hasil pengecoran (metal cair yg

kemudian mengeras) harus di hancurkan untukmendapatkan produk tsb.

3 Dibuat dari pasir (sand), plaster & material sejenis3 Lebih ekonimisà laju produksi kecil

b. Multiple-use mold casting3 Mold dapat digunakan berulang kali untuk

menghasilkan produk casting3 Dibuat dari metal atau graphite3 Biaya tinggià laju produksi besar

2. Jenis MATERIAL mold : Sand (pasir) à sand casting, metal, atau material lain.

3. Proses Penuangan (POURING process): gravity (gravitasi), sentrifugal (centrifuge), vacum, tekanan (low/high pressure).

Jenis proses Casting

51


DTM FTUI

CastingProses Casting : Keuntungan dan keterbatasannya

52


DTM FTUI

CastingKekasaran permukaan (Ra) & proses casting

53


DTM FTUI Karakteristik Umum berbagai proses CastingCasting

54


DTM FTUI Expendable Mold Casting

1. Single-use mold dengan multiple-use pattern

2. Single-use mold dengan single-use pattern

Casting

55


DTM FTUI

CastingSand casting

Gambar : produk sand-casting frame air compressor (680 kg) (Elkhart foundry, Indiana)

56


DTM FTUI

Gambar : Tahapan proses sand casting (termasuk pembuatan pattern dan mold)

Core making (if needed)

Preparation of sand

Melting

Pattern making

Mold making

PouringSolidification and cooling

Removal of sand mold

Cleaning and inspection

Finished casting

Raw material

Sand

Tahapan Proses Sand CastingCasting

57


DTM FTUI Tahapan Proses Sand Casting (cont’d)Casting

58



59


DTM FTUI Tahapan Proses Sand Casting (cont’d)Perhatikan urutan !!!

Drag

Cope

Pemampatan pasirdi DRAG

Dibalik

Drag

CopePemampatan pasirdi COPE

Board

Board

Casting

60



61


DTM FTUI Tipe-tipe Pattern (Pola)

a. One-piece pattern atau Solid patternà plg mudah dan murah : utk produksederhana dan jumlah casting sedikit.

b. Split patternà jumlah produk casting lebih banyak dari solid pattern.c. Match-plate pattern à jumlah produk casting lebih banyak dari split pattern.d. Cope and drag pattern à dimensi produk casting besar dan dalam jml besar.

Casting

62


DTM FTUI

CastingPembuatan Core (inti)Karakteristik Core yang baik untuk casting :• Memiliki kekerasan dan kekuatan yg cukup untuk tahan terhadap

penanganannya dan gaya dari metal cair. Compressive strength beradapada 100-500 psi.

• Kekuatan yg cukup sebelum hardening untuk memungkinkanpenanganan pada kondisi tersebut.

• Permeabilitas yg sesuai untuk memungkinkan dilalui oleh gas.• Collapsibility yg cukupà spt pattern.• Refractoriness yg baik.• Permukaan yg halus.• Menghasilkan gas yg minimum saat di panaskan selama proses

penuangan.

63


DTM FTUI

Gambar : Engine blok V-8 dam lima dry-sand core nya

Pembuatan Core (inti) (cont’d)Casting

64


DTM FTUI Sand Conditioning (Pengkondisian Pasir)

1. Refractorinessà kemampuan utk tahan terhadap suhu tinggiàsifat alami dari sand.

2. Cohesiveness (bond atau strength of sand) à kemampuan untukmempertahankan bentuk yg dibuat saat di tempatkan di mold àdidptkan dengan melapiskan biji (partikel) pasir dgn clay (pelekat) : bentonite, kaolite, atau illite.

3. Permeabilityà kemampuan untuk dilalui gas à fungsi dari ukuranpartikel pasir, jumlah dan tipe dari pelekat (clay), kelembaban, dantekanan pemampatan pd pasir.

4. Collapsibilityà kemampuan untuk membiarkan metal menciutsetelah proses pembekuan yg akhirnya berguna utk melepaskanproduk casting.

SANDà Silica (SiO2), zircon atau olivine (forsterite dan fayalite) + bahan additive.

SAND TESTING

Casting

65


DTM FTUI Sifat Sand yg baik untuk Casting13 sifatà1. Tidak mahal dalam jumlah besar2. Tahan terhadap proses transportasi dan penyimpanan3. Dapat mengisi flask secara merata4. Dapat di mampatkan dgn metode yg sederhana5. Memiliki elastisitas yg cukup untuk tahan thd proses penarikan

(pemisahan) pattern6. Dapat tahan suhu tinggi dan menjadi ukurannya hingga metal

(material) membeku7. Cukup permeable untuk melepaskan (melewatkan gas)8. Cukup padat untuk mencegah penetrasi metal cair9. Cukup cohesive untuk mencegah terlepasnya agregat kedalam

penuangan10. Tahan reaksi terhadap metal (material) yg di cast11. Dapat membiarkan solidification dan thermal shringkageà mencegah

crack (retak) dan sobekan12. Memiliki collapsibility untuk memungkinkan pelepasan produk

casting dengan mudah13. Dapat di daur ulang (recycled à dipakai lagi)

Casting

66


DTM FTUI Pembuatan MoldBerbagai jenis teknik pembuatan sand mold :

Flat-head squeezing Profile-head squeezing

Equalizing squeez pistons

Flexible diaphragma

Jolting

Casting

67


DTM FTUI Pembuatan Mold (cont’d)Casting

68


DTM FTUI

§ Greensand:3 Dibuat dari campuran sand (pasir), clay (tanah liat), and air.3 Kekuatan yang baik, good collapsibility, good permeability, good

reusability, dan plg tidak mahal.§ Dry-sand:

3 Dibuat dari pengikat organik ketimbang tanah liat (clay), dan mold di panggang dalam sebuah oven yg besar pada suhu antara 400o to 600oF (204o to 316oC).

3 Dimensi akhir yg lebih baik tapi lebih mahal .§ Skin-dried:

3 Dengan cara mengeringkan permukaan mold hingga kedalaman 0.5 hingga 1 in (2.5 cm) pada permukaan cavity mold, menggunakantork (torches), lampu pemanas, dll.

Klasifikasi Sand MoldCasting

69


DTM FTUI Shell-Mold CastingCasting

Alur proses Shell molding à

70


DTM FTUI Shell-Mold Casting (cont’d)Karakteristik Shell-mold casting :

Casting

71


DTM FTUI Shell-Mold Casting (cont’d)Contoh sand mold casting :

Pattern untuk Sand-mold casting Dua shell sebelum clamping dan produk akhirShell mold

Casting

72


DTM FTUI

§ Vacuum molding : Menggunakan cetakan pasir bersamaan dengan tekanan vakum à tidak adanya binder = tidak ada moisture related defects (e. g. fumes = binder yg terbakar).

§ Jenis Vacuum molding:

Ø Vacuum assisted molding

Ø Vacuum injection molding

Vacuum MoldingCasting

73


DTM FTUI Vacuum Molding (cont’d)

Alur proses Vacuum Molding

Casting

74


DTM FTUI

§ Menggunakan bentuk plastik reinforced yang harganya murah dalamtekanan yang mengapit bentukan atas dan bentukan bawah.

Vacuum Assisted MoldingCasting

75


DTM FTUI Vacuum Injection Molding

Mesin injection molding

Casting

76


DTM FTUI

Pengecoran presisi menghasilkan produk berukuran teliti dengan permukaan yang sangat halus. à Investment casting yang paling khas adalah lost wax process.

Investment Casting

Gambar : Contoh investment casting untuk pembuatan Stator Compresor dengan 108 airfoils terpisah(courtesy Howmet Corp.)

Casting

77


DTM FTUI Alur proses Investment Casting

Gambar : urutan proses investment-mold casting (investment casting institute)

Casting

78


DTM FTUI

§ Fleksibilitas desain à dapat membuat bentuk apapun yang sesuai dengan keinginan, bentuk yang rumit dan detail yang sangat teliti.

§ Dapat diperoleh permukaan yang rata dan halus tanpa garis pemisah.§ Banyaknya pilihan logam dan paduan yang dapat menggunakan proses

casting ini.§ Menghilangkan set-up tooling à dengan menawarkan konfigurasi near-

net-shape maka akan mengurangi atau menghilangkan biaya perlengkapan.§ Mengurangi biaya produksi dan meningkatkan keuntunganà investment

casting tidak memerlukan modal atau biaya permesinan yang besar.

Investment Casting (cont’d)Keuntungan :

Kerugian :

§ Proses mahal.§ Terbatas untuk benda cor yang kecil.§ Sulit, bila diperlukan inti.§ Lubang harus lebih besar dari 1,6 mm dengan kedalaman maksimal 1,5 kali

diameter.

Casting

79


DTM FTUI

Karakteristik Investment-mold casting :

Investment Casting (cont’d)Casting

80


DTM FTUI

CastingExpanded Polystyrene Casting

•Casting dimana pattern yg terbuat dari polystyrene tidak perlu di lepasdari mold sebelum dan saat penuangan metal cair ke dalam cavity, karena pattern menguap saat metal cair di tuang kedalam mold cavity àkeuntungan dibanding investment-mold casting !

•Disebut jugaà full-mold casting.

81


DTM FTUI

Karakteristik Full-mold (expended polystyrene) casting :

Expanded Polystyrene Casting (cont’d)Casting

82


DTM FTUI Multiple-use Mold CastingCasting

83


DTM FTUI

Proses dasar Permanent Mold casting:

§ Tidak perlu mengalami pergantian cetakan.§ Dibentuk dari 2 bagian buka tutup.§ Ditambah cores untuk membentuk bagian dalam produk.

Proses :

§ Pemanasan cetakan sampai 2000C.§ Pelapisan cetakan + dituangkan (metal cair mengalir karena

gaya gravitasi).§ Cetakan dibuka.

Permanent Mold casting

Keuntungan :§ Permukaan baik§ Ketelitian dimensi baik§ Produk kuat

Kerugian :§ Terbatas pada logam§ Bentuk sederhana

Casting

84


DTM FTUI

Karakteristik Permanent-mold casting :

Permanent Mold casting (cont’d)Casting

85


DTM FTUI Proses dasar Permanent Mold castingCasting

86


DTM FTUI

1. Alloy yg di cast (cor)à semakin tinggi titik lebur, semakin pendekumur mold.

2. Material moldà gray cast iron memiliki thermal fatigue yg terbaik dandpt di mesin dgn mudahà banyak digunakan sbg mold.

3. Suhu penuanganà Semakin tinggi suhu penuangan, semakin pendekumur mold, meningkatkan masalah penciutan (shringkage).

4. Suhu moldà bila suhu terlalu rendah, misruns dpt terjadi. Bila suhuterlalu tinggi, erosi mold dpt terjadi.

5. Konfigurasi moldà perbedaan ukuran dari bagian2 mold atau produkyg di cor, dpt menurunkan umur mold.

Parameter pengaruh umur MoldCasting

87


DTM FTUI

§ Slush Castingà hanya memungkinkan metal cair berada di mold cavity hingga shell dengan ketebalan tertentu terbentuk (metal cair selebihnya dituang kembali keluar) à menghasilkan produk casting yg hollow.

§ Low-Pressure Castingà menggunakan tekanan rendah 5-15 psi thdmetal cair di dlm cavity.

§ Vacuum Permanent Mold Castingà pem-vakum-an mold cavity untukmenarik metal cair ke dalam mold (cavity).

Variasi dari Permanent Mold CastingCasting

88


DTM FTUI

§ Pengertian :Penginjeksian logam cair dengan tekanan tinggi.

§ Sejarah :ü Dari mesin Linotype , dikembangkan oleh O. Margenthalerü Digunakan komersial pertama kali di New York oleh The Tribuneü Pematenan pertama mesin Die Casting oleh H. Doehler (1906) ü 1907 , E. Wagner menggunakan mesin ini untuk mencetak teropong

dan masker gas.

Die CastingCasting

Gambar : skema umum mesin (cold chamber) die-casting

89


DTM FTUI Siklus cold chamber Die Casting

Gambar : Siklus dalam cold-chamber casting

Casting

90


DTM FTUI Siklus hot chamber Die CastingCasting

91


DTM FTUI Proses Die CastingCasting

92


DTM FTUI Die CastingKarakteristik Die-casting :

Casting

93


DTM FTUI

Metalurgi Serbuk (Powder Metalurgy)

94


DTM FTUI

§ Sebuah proses manufaktur dimana part yang dihasilkan dari serbukmetal (plastikà injection molding).

§ Serbuk dimampatkan menjadi suatu bentuk tertentu.

§ Lalu di panaskan untuk membuat ikatan dari partikel serbuk menjadikeras dan kokoh (Sintering)

Metalurgi Serbuk (Powder Metalurgy)

§ Part dapat di produksi masal dalam bentuk net-shape atau near net-shape

§ Sedikit menghasilkan material scrap/tdk terpakai (waste)

§ Part memiliki tingkat porositas yg dispesifikasikan

§ Metal tertentu sulit untuk di produksi dengan metoda lain à tungsten !

§ Dapat menghasilkan kombinasi metal alloy tertentu

§ Dapat di otomatisasi untuk produksi yg lebih ekonimis

Mengapa memakai Powder Metalurgy ? :

MetalurgiSerbuk

95


DTM FTUI

§ Biaya tooling dan peralatan yg tinggi

§ Serbuk metal yg mahal

§ Kesulitan dalam menyimpan dan menangani serbuk metal (àdegradasi kualitas)

§ Keterbatasan geometri part karena serbuk metal tidak langsungmengalir di dalam die selama proses penekanan

§ Variasi dalam kepadatan material pada part akhir

Kekurangan Powder Metalurgy ? :

Metalurgi Serbuk (Powder Metalurgy) (cont’d)MetalurgiSerbuk

96


DTM FTUI

Ukuran Screen Mesh

Metalurgi Serbuk (Powder Metalurgy) (cont’d)MetalurgiSerbuk

97


DTM FTUI Metalurgi Serbuk (Powder Metalurgy) (cont’d)

Berbagai bentuk partikel :

MetalurgiSerbuk

98


DTM FTUI Proses Metalurgi SerbukMetalurgiSerbuk

99


DTM FTUI Produksi Metalurgi SerbukGas atomization

Water atomization Centrifugal atomization

MetalurgiSerbuk

100


DTM FTUI

Urutan proses pembuatan serbuk metal

Produksi Metalurgi Serbuk (cont’d)MetalurgiSerbuk

101


DTM FTUI Perangkat Blending dan Mixing Metalurgi SerbukMetalurgiSerbuk

102


DTM FTUI CompactingMetalurgiSerbuk

103


DTM FTUI

MetalurgiSerbuk

Sintering

104


DTM FTUI

MetalurgiSerbuk

Cold isostatic pressing

105


DTM FTUI

MetalurgiSerbuk

Rolling Powder

106


DTM FTUI

MetalurgiSerbuk

Produk PM

107


DTM FTUI

MetalurgiSerbuk

Produk PM (cont’d)

108


DTM FTUI Proses pembuatan Part Leg Shield kanan/kiripada Sepeda motorInjection

Molding

109


DTM FTUI

§ Produk Leg Shield à pelindung kaki pada sepeda motor + penahanangin dari arah depanà sifat yang dibutuhkan : kokoh, kuat, tahanterhadap tumbukan dan tahan terhadap cuaca.

§ Berdasarkan pertimbangan-pertimbanganàmaterial plastik yang digunakan untuk part Leg Shield R/L = thermoplastik jenis ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene).

Pemilihan Material InjectionMolding

110


DTM FTUI

§ Faktor mekanik : kokoh, kuat, stabil, tahan tumbukan, tahanpengikisan

§ Faktor ketahanan : high electric resistance, chemical resistance§ Faktor temperatur : baik untuk penggunaan pada temperatur

rendah

Sifat Material

Material yang digunakan :

1. ABS RESIN NATURAL Mpf 100-11XS77- Type : MPF 100 – 11XS77- Made by : Toray Plastics (Malaysia) Sdn.

Bhd.

2. HAIMASTER 9802- Grade : Black 9802- Made by : PT. Halim Samudra Interutama

Indonesia

CAMPURAN :

ABS Natural 100 kg + Haimaster 1,5 kg

SUHU HOPPER :

85° C - 95° C

Material untuk part LEG SHIELD , RIGHT/ LEFT

InjectionMolding

111


DTM FTUI ChargingInjection

Molding

112


DTM FTUI Clamping/Die ClosingInjection

Molding

113


DTM FTUI Barrel forward & injectionInjection

Molding

114


DTM FTUI Barrel backward, cooling & meteringInjection

Molding

115


DTM FTUI Mold open, ejection & pelepasan partInjection

Molding

116


DTM FTUI

InjectionMolding

117


DTM FTUI Pengambilan dan pelepasan produkInjectionMolding

118


DTM FTUI

Metal Forming

119


DTM FTUI Cakupan Topik Metal Forming

1. Klasifikasi Prosesü Proses Bulk Deformation

ü Pengerjaan Logam Lembaran (Sheet Metalworking)

2. Perilaku Material dalam Metal Forming ü Flow Stress

ü Average Flow Stress

3. Suhu dalam Metal Forming

4. Efek dari Laju Regangan (strain rate)

5. Gesekan dan Pelumasan (Friction and Lubrication)

Metal Forming

120


DTM FTUI Bulk Metal Forming

4 jenis proses yang umumà

• Rolling – Proses penekanan (kompresi) untuk mengurangiketebalan sebuah slab oleh sepasang mekanisme roll.

• Forging – Proses penekanan (kompresi) yang dilakukan olehsepasang dies.

• Extrusion – Proses penekanan (kompresi) material hinggamengalir ke bukaan dies.

• Drawing – Proses menarik kawat atau batang melalui bukaandies.

Metal Forming

121


DTM FTUI Bulk Metal Forming (cont’d)

Rolling Forging

Extrusion Drawing

Metal Forming

122


DTM FTUI Pengerjaan Logam Lembaran(sheet metalworking)àProses pembentukan pada metal lembaran, strip dan gulungan

kawat (coils). Normalnyaà proses cold working yang menggunakan satu set punch dan die.

§ Bending – Peregangan dari lembaran metal (logam) untukmembentuk sebuah sudut bending.

§ Drawing – Pembentukan sebuah lembaran sehingga berbentukhollow (berlubang secara axial) atau cekungan.

§ Shearing – Proses pengguntingan material (logam) à bukanproses pembentukan.

gambar

Metal Forming

123


DTM FTUI Pengerjaan Logam Lembaran (cont’d)

Bending Drawing

Shearing

Metal Forming

124


DTM FTUI Perilaku Material dalam Metal Forming

nf KY ε=

nKY

n

f +=

1ε

Yf Flow Stress

ε Maximum strain untuk proses forming

K Strength coefficient

Average flow stressfY

Metal Forming

Strain hardening exponentn

125


DTM FTUI

Perhitungan Tekanan dan Gaya pada proses Deformasi Plastikharus mempertimbangkan 4 hal :

1. Analisa stress state (kondisi tegangan) à Yield Criteria

2. Flow stress harus di ketahui

3. Efek dari gesekan (friction) harus ditentukan (pengaruhnya)

4. Inhomogenuous deformation (deformasi tidak homogen)

Tekanan dan Gaya dalam Metal FormingMetal Forming

126


DTM FTUI

Metal Forming

Tekanan dan Gaya dalam Metal Forming (cont’d)Stress-state

• triaxial = tegangan (stress) bekerja ke semua arah, biaxial = tegangan bekerja pada dua arah (plane stress) !!

• terdiri dari principal-stresses (bila shear stress dihilangkan) : ß harus memenuhi yield-criteria (flow-criteria)

àmenghubungkan principle-stresses dgn tensile ataucompressive yield strength (dari material).

• Yield-criteria berdasarkan Tresca :

• Yield-criteria berdasarkan von Mises :

• Safety factor à Critical stress = flow-stress ! (von Mises)

1 2 3, , dan σ σ σ

max min

2 2fσσ σ−

=

( ) ( ) ( )2 22 21 2 2 3 3 1 2 fσ σ σ σ σ σ σ− + − + − =

Perhatikan Kurva Tresca dan von Mises !1.15 fσ

127


DTM FTUI Tekanan dan Gaya dalam Metal Forming (cont’d)Metal

Forming

Gambar : Kurva Tresca yield Hexagon dan von Mises yield ellipse

128


DTM FTUI

Metal Forming

Tekanan dan Gaya dalam Metal Forming (cont’d)Flow-stress

• à tegangan untuk memelihara plastic-deformation àdiperlukan untuk menangani : suhu, regangan dan laju regangan(strain and strain rates) à yield-strength handbook kurangberguna (tegangan untuk memulai plastic deformation) !

• Bergantung pd process-state : stady-state dan non steady-state proses !

• Proses cold-working :üNon steady-stateà ambil instantaneous flow-stress padapoint of interest !. Maximum force à ambil flow-stress padafinal-strain !üSteady-stateà ambil mean-flow stress = integrasiàdari limit strain ybs. Untuk annealed material :

üK dan n cari dari Tabel atau lakukanpengujian kompresi (compression test) !.

fσ

nfmY Kε=

1

1

n

fmKY

nε

ε

+ = +

129



Forming

Gambar : a) Strain hardening yg tinggi (ditunjukkan dgn n yg tinggi) menghasilkanelongasi besar yg uniform, post-necking deformation meningkat dgn meningkatnyastrain-rate sensitivity (m), shg fracture tertunda. b) Material dgn nilai n yg rendahmenghasilkan neck yg cepat dan jika nilai m rendah, cepat tjd fracture.

130



Forming

Gambar : Plane-strain condition dibatasi oleh a) elemen dies, b) bagianyg tidak terdeformasi (point 4 pada von Mises)

131


DTM FTUI

Metal Forming

Tekanan dan Gaya dalam Metal Forming (cont’d)

Effect of Friction•Terjadi karena kontak antara benda-kerja dgn tools/dies !

•Berdasarkan koefisien gesekà

•Meningkatnya tekanan inerface p àmeningkatkan interface shear-stress secara linear ! ß koefisien gesek konstan !

•Bila gesekan besar (shear stress)à interface shear-stress mencapai shear flow-stress dari material benda-kerjaàbenda kerja menolak pergeseran dgn tools/diesà tjd deformasidgn shearing (pergeseran) pada bagian dalam benda-kerja !

iFP p

τµ = =

iτ iτ

fτ

•Proses hot-working : ß dipengaruhi strain-rate sensitivity ! àüFlow-stress dihitung berdasarkan : à C dan m

(strenght coeficient dan strain-rate sensitivity exponent) diambildari tabel !. Bila tidak ada lakukan pengujian compression ! üStrain berbedaà C dan m berbeda.üT = à m Yf à C

mfY Cε= &

Flow-stress (cont’d)

ε& ×

132


DTM FTUI

Gambar :

Tekanan dan Gaya dalam Metal Forming (cont’d)Metal Forming

133


DTM FTUI

Metal Forming

Tekanan dan Gaya dalam Metal Forming (cont’d)Inhomogeneous Deformation :• Saat tools/dies melakukan penetrasi, tjd identasi lokalà

inhomogenuos material flow = aliran material tak-homogen !

Gambar :

134


DTM FTUI

Cth 1 :

Tarikan murni di kenakan pada komponen pesawat 7075-T6 Alumuniumalloy : diameter = 25mm, panjang 400 mm. Diketahui dari tabelà E = 70 GPa, Ys = 496 MPa, Ts = 558 MPa. Hitung : a) perpanjangankomponen bila terbeban = 80 kN, b) beban dimana komponenmengalami deformasi permanen, c) beban maksimum tanpa fracture.

Jawab :

a) Penampang bar à A0 = 202.π/4 = 314 mm2. Tensile stress = 80.000/314 = 255 N/mm2 (= 255 Mpa) à kurang dari Ysà deformasi= elastik ! à et = σ/E= 255/70000 = 0.0036 (36%).

b) Ys = σ0.2 = 496 N/mm2 à P0.002 = (σ0.2 )(A0) = 496*314 = 156 kN

c) Pmax = (Ts)(A0) = 558*314 = 175 kN

Metal Forming


135


DTM FTUI Tekanan dan Gaya dalam Metal Forming (cont’d)

Gambar : Sifat mekanik dari beberapa material

Metal Forming

136


DTM FTUI

Metal Forming

Cth 2 :

Sebuah komponen dgn ketebalan 6.35 mm dan lebar 6.38 mm, panjang l0 = 25 mm didpt dr proses pemesinan thd plat 80Cu-20Ni alloy yg di annealed. Dilakukanpenarikan (tension) dgn gaya 10000 kgf (98kN). Setelah tjd fracture = lf = 42.2 mm, dengan penampang adl 2.85 mm x 3.50 mm. Hitunglah : a) Modulus Young, b) σ0.2 c) Ts, d) elongasi, dan e) pengurangan penampang.

Jawab :

a) Di dpt P = 5.7 kN dan A0 = (6.35)(6.38) = 40.5 mm2 = 40.5 (10-6) m2. Perpanjanganà 0.025 mm, à et = 0.025/25.0 = 0.001.

b) Pada regangan 0.2% =

Shg perpanjangan = (0.002)(25.0) = 0.05 mm. Tarik garis paralel thd gariselastikàmemotong titik dimana P =4.4 kN. Shgà

6

5700 14140.5(10 )(0.001)

E GPa−= =

0.00225t

o

l lel∆ ∆

= = =

( )0.2 24400 10940.5

N MPamm

σ = = ≡


137


DTM FTUI

Metal Forming

Cth 2 :

c) Beban maksimumà Pmax = 14.2 kNà

d) Elongasi dgn lf yg diukur pada spesimenà

e) Luas penampang saat fracture Af =(2.85)(3.5) = 9.98 mm2. à

214200 35140.5

NTSmm

= =

42.2 25.0 0.688 68.8%25.0fe −

= = =

40.5 9.98 0.75 75%40.5

q −= = =


138



Forming

139


DTM FTUI

Metal Forming Cth 3 :

Sebuah komponen, silinder baja dgn diameter 15.00 mm dan tinggi 22.5 mm di buatdari hot-rolled AISI 1020 steel, di tekan (compression) pada suhu ruang. Pelumas grafit digunakan untuk mengurangi gesekan. Gaya P yg terlihat di 6 titik berikut tinggi sesaat (instantaneous height) tercatat pd tabel. Hitunglah : a)

true-stress σ pada setiap point, b) compressive strain ec.

Jawab :

a) Volume dari komponen tsbà (152./4)(22.5)=3976 mm3. Penampang A sesaat = A=V/h = (3976)/(8.5) à

b) Dihitung dgnà

PA

σ =

0 0

0c

h h A Aeh A− −

= =


140



141


DTM FTUI

Cth 4 :

Dari kurva displacement dari contoh 2, hitung flow stress dari material tsb padabeberapa point. à Plot-lah utk mendapatkan nilai K dan n.

Jawab :

a) Untuk mendptkan luas penampang sesaat, volume dari komponen (specimen) dihitung pada panjang l0 à V = (6.35)(6.38)(25.0) = 1031 mm3. Luas penampangsesaat diperoleh darià

flow stress darià

true-strain darià

• Titik terakhir pada tabel di hitung dari penampang saat tjd fracture : σf=Pf/Af = (9300)/(2.85)(3.5)=932 MPa, dan regangan dari regangan saat tjd fracture = ln(A0/A1) = ln(40.5/9.98)=1.4. Plot dari titik2 pada kertas log-log à garis lurusà K = 760 Mpa, dan n = 0.45.

00

l VA Al l

= =

fPA

σ =

0

0

ln ln All A

ε = =

Tekanan dan Gaya dalam Metal Forming (cont’d)Metal Forming

142



Tabel : Tabulasi dari flow-stress pada beberapa titik

Metal Forming

143


DTM FTUI Suhu dalam Pengerjaan Logam1. Cold working (Pengerjaan Dingin)

3 Pro :• Akurasi yg lebih baik.• Permukaan akhir yg lebih baik.• Pengerasan regang (strain hardening) meningkatkan kekuatan

dan kekerasan (strength and hardness).• Aliran butir (grain) selama deformasi menyediakan sifat

direksionalà penting utk proses pengerjaan logam lembaran(sheet metalworking).

• Tidak memerlukan pemanasan.

3 Kontra :• Membutuhkan gaya dan daya yg lebih besarß high flow-stress !• Permukaan sebaiknya di bersihkan.• Ductility rendah (krnà kepadatan dislokasi meningkat) +

pengerasan regang (strain-hardening) membatasi pembentukan.• Ductility rendahà fracture pada bendakerjaß dibutuhkan

annealing (utk tahap recovery dan recrystallization)à softening !

Metal Forming

144


DTM FTUI Suhu dalam Pengerjaan Logam (cont’d)Metal

Forming

Gambar : Cold working meningkatkan kekuatan material (strength of material) danmenurunkan ductility

145


DTM FTUI

Metal Forming

Suhu dalam Pengerjaan Logam (cont’d)

Gambar :

146


DTM FTUI Suhu dalam Pengerjaan Logam (cont’d)

2. Warm working – suhu antara suhu ruang dansuhu rekristalisasi, secara garis besar sekitar 0.3 Tm

3 Pros yg berseberangan dgn cold working :• Gaya dan Daya yg lebih rendahß flow stress lebih rendah

(ketimbang cold working)!.

• Memungkinkan pengerjaan terhadap Geometri yg lebihkompleks.

• Kebutuhan untuk dilakukan proses annealing mungkin dapat dikurangi atau bahkan dihilangkan.

Metal Forming

147



3. Hot working – Deformasi pada suhu dibawahsuhu rekristalisasi umumnya antara 0.5Tm to 0.75Tm

3 Pros• Memungkinkan deformasi yg lebih besar.

• Gaya dan daya yang lebih rendah.

• Pembentukan material dengan keuletan rendah dengan suhuruang dimungkinkan.

• Menghasilkan sifat isotropik (isotropic properties) dariproses.

• Tidak ada pekerjaan pengerasan.

Metal Forming

148



• Isothermal Forming – proses preheating terhadaptools (e.g. dies) ke suhu yang sama dengan suhu metal yg dikerjakan :ü menghilangkan : pendinginan permukaan dan gradient

thermal yg di hasilkan di benda-kerja (metal yg dikerjakan).

ü Normalnya di lakukan terhadap baja paduan tinggi (highly alloyed steels), titanium alloys dan paduan nikel suhu tinggi(high-temperature nickel alloys).

Metal Forming

149


DTM FTUI

= strain rate

Efek dari Laju Regangan (Effect of Strain Rate)m

fY Cε= &

ε&

n mfY Kε ε= &

K = a strength coefficient

Metal Forming

= strain-rate sensitivity exponent

•The strain rate dipengaruhisecara kuat oleh temperatur.

m

1( )v sh

−=

v = instantaneous Deformation veloc.

h = instant. Length of workpiece

150


DTM FTUI Efek dari Laju ReganganMetal

Forming

•Cold working -0.05 < m < 0.05

•Hot working 0.05 < m < 0.3

•Superplasticity 0.3 < m < 0.7

•Newtonian Fluid m = 1

Nilai dari m (strain rate sensitivity exponent) yg umum :

151


DTM FTUI Gesekan dan Pelumasan (Friction and Lubrication)• Gesekan (Friction) = tidak di inginkan krn :

3 Aliran metal yg lambat menyebabkan tegangan sisa(residual stress).

3 Meningkatkan gaya dan daya (forces and power).

3 Keausan yg cepat dari tools (peralatan, e.g. dies, dll) .

• Pelumasan (Lubrication)à untuk mengurangigesekan pada pertemuan permukan bendakerja-dan-tools .

Metal Forming

152


DTM FTUI

(Bulk Deformation Process in Metalworking)

Metal Forming

Proses Deformasi Bulk dalam Pengerjaan Logam

153


DTM FTUI Rolling• Proses deformasi dengan mengurangi ketebalan oleh

gaya tekan yg di hasilkan oleh sepasang (dua buah) rolls.

Metal Forming

154


DTM FTUI Rolling (cont’d)Metal Forming

Sejarah :

• Desain pertama kali pada abad 14

• Pada 1700, pengenalan hot rolling

• Rol modern : 1783 di Inggris

• Rol untuk rel kereta api : 1820 di Inggris

• Sumber energi untuk rolling :

üWater Wheel

üSteam Engine

üMotor Elektronik

155


DTM FTUI Rolling (cont’d)• 90% material yg mengalami deformasi mengalami proses rolling !

• Ukuranà 6.0mm tebal, 1800-5000mm lebar & berat up-to 150 ton à untuk material : ship-building, boiler, bangunankonstruksi, pipa, dll.

• Ukuranà 0.8-6.0mm tebal, 2300 lebar dalam coil dgn berat up-to 30 ton à utk material : cold-pressing untuk kendaraan, alat-berat dan permesinan, dan pipa yg dilas.

• Hot-rolledà permukaan kasar, toleransi tinggi, gaya rol rendahà utk deformasi plastik yg besar.

• Cold-rolledà permukaan akhir lebih baik (halus) dan untuktoleransi rendah.

Metal Forming

156


DTM FTUI Rolling (cont’d)Metal Forming

Gambar : Skema proses rolling (encarta encyclopedia)

157


DTM FTUI Mekanika Rolling : Gesekan (friction)• Proses rolling dapat di laksanakan krn adanya gaya gesek Fs

antara roller (pe-roll) dan benda kerja (workpiece).

• Gaya gesek (Fsi) pada sisi masuk > dari sisi keluar (Fso)àmemungkinkan roller untuk menarik bendakerja kearah sisi-akhir keluaran.

Metal Forming

Fsi Fso

• Gesekan à Gaya + Daya àEnergi terbuang.

• Gesekan àmerusak benda ygdirol.

• Perlu Pelumasan! utk mendptkantitik optimal.

158


DTM FTUI

Metal Forming

Gesekan (Friction) (cont’d)

vo<vr<vf

Maximum draft, yg merupakanpengurangan ketebalan, diberikansebagai = to-tf = µ2R.

Koefisien gesek bergantung padapelumasan, umumnya :

cold working 0.1

warm working 0.2

hot working 0.4

159


DTM FTUI Analisa proses Rolling

§ Kekekalan (conservation of) material :

§ Kontinuitas volume lajualiran :

§ Forward slip :

§ Gaya Rolling, F :

fffooo vwtvwt =

fffooo LwtLwt =

r

rf

vvv

s−

=

wLYpdLwF f

L

0∫ ≈=

0( )fL R t t= −

Metal Forming

160


DTM FTUI Analisa proses Rolling (cont’d)

5. Regangan deformasià

6. Tegangan alir rata-rata (average flow stress) à

7. Torsi yang dibutuhkan untuk proses deformasià

8. Daya yang dibutuhkan oleh prosesà

f

o

ttln=ε

nKY

n

f +=

1ε

FLT 5.0=

FLP πω2=

wLYpdLwF f

L

0∫ ≈= à gaya tanpa gesekan ! à semakin tinggi

koefisien gesek = semakin besar perbedaan dgngaya sebenarnya.

Metal Forming

161


DTM FTUI

1. Suatu strip tembaga yg mengalami proses annealing mempunyai lebar 9 in.(228 mm) dan tebal 1 in.(25 mm), diroll menjadi setebal 0.8 in.(20 mm). Jari-jari roll sebesar 12 in.(300 mm) dan berotasi pada 100 rpm. Diketahui, tegangan saat tidakteregang 12000 psi dan tegangan saat ketebalan 0.8 in adalah 40000 psi. Hitunggaya roll dan daya dalam operasi ini. !

Jawaban :L = √ R (ho – hf) = √ 12 ( 1 - 0.8 ) = 1.55 in. = 0.13 ft

• True strain =ε = ln ( 1 / 0.8 ) = 0.223

• sebesar = (12000 + 40000)/2 psi = 26000 psi. Jadi à

F = L w Yrata-rata = (1.55) (9) (26000) = 363000 lb = 1.6 MN

• Daya per roll à dimana N = 100 dan L = 0.13 ft. Maka :

Daya = 2 π F L N / 33000 = 2 π (363000) (0.13) (100) / 33000 = 898 hP = 670 kN

• Maka daya total dalam rolling adalah 1796 hP = 1340 kN

Analisa proses Rolling (cont’d)

fY

Metal Forming

162


DTM FTUI Analisa proses Rolling (cont’d)2. Baja slab AISI 1015 dari tebal ho = 300mm, lebar wo = 1000mm, di lakukan

pengerolan panas (hot-rolled) pd 1000 oC dgn rol berdiameter 600mm. Gesekan µ = 0.3. Pengurangan ketebalan hingga 27 mm. Kecepatan roll 1.2 m/s. Hitung gaya rol dan kebutuhan daya.

Jawaban :

• Ketebalan setelah rolling = h1 = 273 mm.

• Pengurangan ketebalan = ec = 27/300 = 9%.

• Regangan (true strain), e = ln(300/273) = 0.094 à have = (300+273)/2 = 286.5mm.

• L = [(300)(27)]1/2 = 90mm = 0.09 m. έ= (1.2)(0.094)/0.09 = 1.25 s-1.

• Diketahuià C=120 MPa, m=0.1. à Yf = 120(1.25)0.1 = 123 MPa.

• Cekà h/L = 286.5/90 = 3.2 à inhomogenous deformation.

• Jadi Gaya rol = F = (1.15)(123)(2)(0.09)(1)= 25.46 MN (2800 tonf).

• Daya yg dibutuhkan = (25.46)(0.09)(1.2)/0.3 = 9170 kW.

Metal Forming

163


DTM FTUI Parameter Material dan Proses Rolling

Parameter Material :3 Keuletan (ductility)

3 Koefisien gesek (coefficient of friction)

3 Kekuatan (strength), modulus dan Poisson’s ratio

Parameter Proses :3 Kecepatan roller (vr)

3 Daya (power)

3 Draft (pengurangan ketebalan)

3 Pelumasan (lubrication)

Metal Forming

164


DTM FTUI Penge-rol-an Bentuk (Shape Rolling)• Sebagai tambahan thd parameter material dan proses, roller

(penge-rol) berlaku spt satu set dies dan harus di pra-bentuk(pre-formed) untuk mendapatkan bentuk negatif daripenampang.

• Mungkin terdapat lebih dari satu set roller yang dibutuhkanuntuk mengurangi/membentuk bendakerja hingga berbentuksesuai yg di inginkan.

Metal Forming

gambar

165


DTM FTUI Konfigurasi Rolling Mill

a) two high b) three high c) four high

d) cluster mill e) tandem rolling mill

Metal Forming

166


DTM FTUI Penge-rol-an Cincin (Ring Rolling)

• Untuk membuat sbh cincin yg lebih besar atau lebih kecil dariukuran cincin awal.

• Biasanya proses hot-rolling digunakan untuk cincin (ring) besar dan cold rolling untuk cincin kecil.

• Aplikasi umumnya : bearing races, steel tires, cincin untukpressure vessel.

Metal Forming

167


DTM FTUI Penge-rol-an Thread (Thread Rolling)

• Proses manufaktur thread luar (external).

• Menggunakan proses Cold rolling.

• Laju produksi yang tinggi & kompetitifà hingga 8 part per detik.

Metal Forming

168


DTM FTUI Penge-rol-an Roda Gigi (Gear Rolling)

• Proses pengerjaannya sama dengan proses untukscrew thread.

• Umumnya diterapkan pada roda-gigi helix (helical gears).

• Menghasilkan keuntungan-2 :3 Penggunaan material yg lebih baik.

3 Permukaan yang lebih halus.

3 Thread yg lebih kuat karena pengerasan yg tjd selama prosespengerjaan.

3 Ketahanan lelah (fatigue) yg lebih baik karena faktor tekanan(kompresi).

Metal Forming

169


DTM FTUI Roll Piercing

• Merupakan proses Hot working.

• Biasa digunakan untuk menghasilkan tabung dinding tebaltanpa sambungan (seamless thick-wall tubes)

Metal Forming

170


DTM FTUI Forging - Pendahuluan§ Penempaan (Forging): Sebuah proses dimana benda kerja

dibentuk dengan gaya tekan (kompresif) melalui cetakan (die) dan tool.

§ Dikenal sejak 4000 SM – mungkin lebih dari 8000 SM.

§ Produk tempa: bolts & rivet, connecting rods, shafts untukturbin, gear, hand tools, structural components untukpermesinan, pesawat terbang, rel, dan berbagai peralatantransportasi.

Metal Forming

171


DTM FTUI

§ Part yang ditempa memiliki kekuatan dan ketangguhan, sangatbaik diaplikasikan pada kondisi high stress dan kritis.

§ Proses Tempa3 Tempa Dingin (Cold forging)

• Membutuhkan daya yang lebih besar• Benda kerja harus ulet dalam temperatur ruang• Menghasilkan part dengan permukaan akhir dan akurasi dimensi

yang baik

3 Tempa Panas (warm/hot forging)• Membutuhkan daya yang lebih kecil• Part yang dihasilkan memiliki permukaan akhir dan akurasi

dimensi yang tidak begitu baik

Forging – Pendahuluan (cont’d)Metal Forming

172


DTM FTUI

Gambar : outline proses forging dan operasi2 yg berhubungan

Forging – Pendahuluan (cont’d)Metal Forming

173


DTM FTUI Forging

Open-die forging

Impression-die forging

Flashless forging

Metal Forming

(Closed die forging)

174


DTM FTUI Mekanika proses Forging

Dibawah kondisi ideal :

hholn=ε

AYF f=

Dimana F = gaya forging

Yf = Tegangan alir (flow stress)

A = Penampang bendakerja

Metal Forming

175


DTM FTUI Produk ForgingMetal

Forming

176


DTM FTUI Produksi Connecting RodMetal

Forming

177


DTM FTUI Forging

•Pada open-die forging à terjadi barreling (lihat gambar atas).

•Pada hot forging à issue menjadi lebih kompleks karena distribusithermal di dalam bendakerja dan aliran metal yg terjadi.

Metal Forming

178


DTM FTUI Faktor Bentuk (Shape factor)

Gaya aktual proses Forging lebihbesar dari kondisi ideal :

(1)

Faktor bentuk diperlukan untukmengoreksi efek barelling dangesekan.

(2)

(3)

Load-stroke curve

AYKF ff=

hDK f

µ4.01+=

Metal Forming

+=

hrrYF f 3

212 µπ

179


DTM FTUI Faktor Bentuk (Shape Factor)Metal

Forming

180


DTM FTUI

Soal:

Sebuah logam silinder terbuat dari stainless steel 304 dengandiameter 150 mm dan tinggi 100 mm. Benda tersebut akandikurangi tingginya 50% pada temperatur ruang menggunakanopen-die forging dengan die yang datar. Diasumsikan koefisienfriksi adalah 0,2, hitunglah gaya tempa pada bagian ujunglangkah (stroke).

Jawab:

§ Tinggi akhir h = 100/2 = 50 mm, dan radius akhir, r, didapatkandengan volume konstan.

§Dengan menghitung volume awal dan akhir, didapatkan:

(π) (75)2 (100) = (π) (r)2 (50) à r = 106 mm.

Perhitungan Gaya ForgingMetal Forming

181


DTM FTUI

§Nilai true strain benda kerja :

ε = ln (100/50) = 0,69

§Berdasarkan kurva stress strain, didapatkan tegangan aliranuntuk stainless steel pada regangan aktual 0,69 adalah kuranglebih 1000 MPa. Sehingga besar gaya tempa adalah:

F = (1000) (106) (π) (0.106)2 {1 + (2) (0.2) (0.106) / ((3) (0.050))}

= 4,5 x 107 N = 45 MN = 107 lb = 5000 tons

Perhitungan Gaya Forging (cont’d)Metal Forming

182


DTM FTUI Open-die Forging

Fullering Edging

Cogging

Metal Forming

183


DTM FTUI Open-die Forging

§ Fullering

3 Pengurangan penampang workpiece (benda kerja) yang diperlukan untuk proses pembentukan selanjutnya.

3 Menggunakan Dies dengan permukaan cembung (convex surface cavity).

§ Edging

3 Sama dengan Fullering, tapi dies memiliki permukaancekung (concave surface cavitiy).

§ Cogging

3 Dies terbuka dengan permukaan rata atau sedikit berkonturàmengurangi penampang dan meningkatkan panjang.

§ Tidak menghasilkan net-shape produkàmasih memerlukanproses pemesinan untuk mendapatkan net-shape produk.

3 Jenis Open-die Forging :

Metal Forming

184


DTM FTUI Impression-die Forging

§ Dies memiliki bentuk kebalikan dari bentuk benda-kerja.

§ Flash dimungkinkan pada bagian parting surface. Flash berfungsi untuk menjaga aliran logam dan membantuuntuk mengisi bagian-bagian dies yang dalam dari cavity (intricate part).

§ Membutuhkan Gaya forging yang lebih dibanding open-die forging. Faktor bentuk (Shape factor) memiliki nilai yglebih tinggi.

Metal Forming

185



§ Gaya yang paling besar terjadi pada bagian akhirproses ketika proyeksi penampang benda-kerjaawal (blank) dan gesekan adalah yang terbesar.

§ Progessive dies diperlukan untuk merubah bentukawal benda-kerja menjadi geometri akhir yang di-inginkan.

§ Pemesinan diperlukan untuk menghasilkantoleransi akhir yang diinginkan.

Metal Forming

186



Pros:§ Laju produksi tinggi§ conservation of metal§ Menghasilkan kekuatan produk yg lebih baik§ Orientasi grain yang diinginkan

Forging Machining

Metal Forming

187


DTM FTUI Flashless Forging

Conventional forging part Precision forging part

Metal Forming

188


DTM FTUI Flashless Forging (Closed Die Forging)

§ Pengendalian volume adalah penting

§ Menghasilkan produk akhir yang presisi yang kebalikan darigeometri cavity (dies)

§ Biasanya digunakan untuk material aluminum dan magnesium alloy.

Metal Forming

189


DTM FTUI Perbandingan Closed-die dan Flash ForgingMetal

Forming

190


DTM FTUI CorningMetal

Forming

191


DTM FTUI Drop Hammer dan Dies

Dies normalnya dibuat dari baja dengan high impact strength dan high wear resistance.

Webs – Bagian tipis paralel thd parting line.Ribs – Bagian tipis tegak-lurus thd parting lineGutter – Area untuk menampung flash

Metal Forming

192


DTM FTUI Upsetting dan Heading

Bagian awal dari benda-kerja (stock) di tempa untukmembentuk bagian kepala menggunakan closed-die forging.

Metal Forming

193


DTM FTUI Upsetting dan Heading

Upsetting digunakan untuk membentuk kepada dari mur danbaut dengan bentuk geometri yang berbeda.

Metal Forming

194


DTM FTUI Swaging

§Swaging digunakan untukmengurangi penampangdari batang atau tabungyang telah di tempa(forging) menggunakansepasang Dies yg berputar(rotating dies).

§Sebuah mandrel kadang-kadang digunakan untukmengendalikan bentukinternal dari tube (tabung).

Metal Forming

195


DTM FTUI Roll ForgingMetal

Forming

196


DTM FTUI Orbital Forging

Kontak area yang kecilmengurangi gaya forging ygdibutuhkan secara substansial.

Metal Forming

197


DTM FTUI Hobbing

Proses penekanan die terhadap benda-kerja yang lebih lunak untukmenghasilkan bentuk akhir.

Metal Forming

198


DTM FTUI Trimming

Trimming adalah sebuah prosespengguntingan untukmenghilangkan flash daribenda-kerja

Metal Forming

199


DTM FTUI Cacat ForgingMetal

Forming

200


DTM FTUI Cacat Forging

§ Jika volume material tidak mencukupi untuk mengisi ronggacetak, akan muncul web buckle atau lap

§ Jika web buckle terlalu tebal, material sisa akan mengalir kebagian yang telah dibentuk sehingga menimbulkan retakinternal.

§ Penyebab lain adalah:

3 Radius yang bervariasi dari rongga cetak

3 Material yang tidak uniform

3 Gradien temperatur selama penempaan

3 Perubahan mikrostruktur yang disebabkan oleh tranformasifase

§ Cacat tempa dapat menyebabkan kerusakan fatik sehinggamenimbulkan masalah korosi dan keausan komponen.

Metal Forming

201


DTM FTUI Design Considerations

1. Material

2. Die design

3. Machine3 Machine processing range

3 Machine process setting

Metal Forming

202



1. Material3 Ductility

3 Strength

3 Plastic deformation law (constitutive relationship)

3 Coefficient (Die/workpiece)

3 Variation of properties at processing temperature range

2. Die Design3 Number of die stations

(progressive die)

3 Geometric complexity of the part

3 Die geometric details• Draft angle, fillet, radii

• Webs and ribs

• Flash

3 Parting surface and parting direction

3 Die material

3 Die life

Metal Forming

203



3. Machine processing range3 Maximum forging force

3 Maximum power

3 Maximum speed

3 Maximum die size

4. Machine process setting3 No. of stations

3 Velocity profile

3 Temperature / time profile

3 Force

Metal Forming

204


DTM FTUI Proses Ekstrusi (Extrusion)

• Ekstrusi: Sebuah billet (biasanya bundar) yg diberikan gayamelalui sebuah cetakan dengan cara seperti keluarnya pasta gigidari tube.

• Material ekstrusi: aluminum, copper, steel, magnesium dan lead

Gambar :

Metal Forming

205


DTM FTUI Produk Ekstrusi

• Produk ekstrusi: rel sliding door, tabung, bentuk strukturaldan arsitektur, frame pintu dan jendela.

Gambar :

Metal Forming

206


DTM FTUI Tipe Proses Ekstrusi

Gambar :

Metal Forming

207


DTM FTUI Proses Ekstrusi (cont’d)

Circumscribing Circle Diameter (CCD): diameter lingkaran terkecilpenampang melintang benda kerja yang diekstrusi

Faktor bentuk: kompleksitas sebuah proses ekstrusi merupakan fungsirasio dari keliling produk yang diekstrusi terhadap luas penampangmelintangnya.

Gambar :

Gambar :

Metal Forming

208


DTM FTUI Proses Ekstrusi (cont’d)

§ Gaya Ekstrusi :

3k adl konstanta ekstrusi, Ao dan Af adl billet danpenampang produk yg di ekstrusi.

=

f

oo A

AkAF ln

Gambar :

Metal Forming

209


DTM FTUI Contoh Perhitungan Ekstrusi Panas

Soal : Sebuah billet bundar dengan bahan kuningan (brass) diekstrusi pada temperatur 675oC (1250oF). Diameter billet adalah 5 in (125 mm) dan diameter ekstrusi adalah 2 in. (50 mm). Hitunglah gaya ekstrusi yang dibutuhkan

Jawab : Gaya ekstrusi menggunakan persamaan 1, dimanakonstanta ekstrusi, k, didapatkan pada grafik konstanta k. Untuk material ini, didapatkan k = 35.000 psi (250 MPa) pada temperatur ekstrusi. Sehingga:

F = π (2,5)2 (35.000) ln [ π (2.5)2/ (π (1.0)2) ] = 1,26 x 106 lb

= 630 ton = 5.5 MN

Metal Forming

210


DTM FTUI Aliran Logam Proses Ekstrusi

Gambar :

Metal Forming

211


DTM FTUI Ekstrusi Panas

975 - 2200Refractory alloys

875 – 1300Steels

650 – 975Copper and its alloys

375 – 475Aluminum and its alloys

200 – 250Lead

OC

Jangkauan (range) temperatur ekstrusi untuk berbagai logam

Gambar :

Metal Forming

212


DTM FTUI Ekstrusi Panas (cont’d)

Gambar :

Metal Forming

213


DTM FTUI Ekstrusi Panas (cont’d)

Gambar :

Metal Forming

214


DTM FTUI Material & Pelumas Ekstrusi Panas

§ Biasanya digunakan hot-work die steel.

§ Coating seperti zircona dapat diberikan pada die untuk memperpanjang umurnya

§ Glass adalah pelumas yang baik untuk baja, stainless steel, dan logam serta paduantemperatur tinggi.

Metal Forming

215


DTM FTUI Ekstrusi Dingin

• Ekstrusi dingin memiliki keuntungan dibanding ekstrusi panas:

3 Perbaikan sifat mekanik yang dihasilkan dari pengerasan kerja (work-hardening), dimana panas yang ditimbulkan oleh deformasi plastis danfriksi tidak merekristalisasi logam yang diekstrusi.

3 Pengendalian toleransi dimensi yang baik, mengurangi kebutuhanoperasi permesinan maupun finishing lanjut.

3 Perbaikan permukaan akhir, karena tidak adanya lapisan film oksida.

3 Tidak diperlukannya pemanasan billet.

3 Laju produksi dan biaya yang kompetitif dengan metode lain untukmemproduksi part yang sama.

Gambar :

Metal Forming

216


DTM FTUI Ekstrusi Impak

Gambar :

Gambar :

Metal Forming

217


DTM FTUI Ekstrusi Hidrostatik

• Medium yang digunakan untuk menekan adalah fluidaincompressible.

• Tidak terdapat friksi container-dinding.

• Tekanan yang diberikan sebesar 1400 MPa (200 ksi).

• Biasanya dilakukan pada temperatur ruang, menggunakan minyaktumbuhan karena viskositasnya tidak berubah karena tekanan.

• Untuk temperatur tinggi, digunakan fluida lilin, polimer dan glass.

• Material yang rapuh dapat diproses karena tekanan hidrostatikdapat meningkatkan keuletan material.

• Aplikasinya terbatas di dunia industri, karena peralatan yang kompleks dan waktu siklus yang lama.

Metal Forming

218


DTM FTUI Cacat Ekstrusi§ Retak permukaan (surface cracking):

3 Karena temperatur, friksi atau kecepatan terlalu tinggi

3 Retak yang terjadi adalah intergranular (sepanjang batas butiran)

3 Sering terjadi pada aluminum, magnesium dan zinc

3 Cacat bambu (Bamboo defect): pada tempertur lebih rendah, akibattekanan yang tidak konstan

§ Pipa

3 Diminimalkan dengan memodifikasi bentuk aliran logam agar seragam

3 Menghilangkan kotoran (impurities) pada permukaan billet denganetching kimia

§ Retak internal (internal cracking)

3 Bertambah seiring meningkatnya sudut die

3 Bertambah dengan meningkatnya jumlah pengotor

3 Menurun dengan bertambahnya rasio ekstrusi dan friksi

Metal Forming

219


DTM FTUI Cacat Ekstrusi (cont’d)

Gambar :

Metal Forming

220


DTM FTUI Peralatan Ekstrusi

• Peralatan dasar ekstrusi adalah sebuah press hidrolik horisontal

• Kapasitas gaya ram setinggi maksimal 120 MN (14.000 ton) untukmemproduksi billet besar dengan ekstrusi panas

• Pres hidrolik vertikal digunakan untuk ekstrusi dingin dankapasitasnya lebih rendah dibanding ekstrusi panas.

Gambar :

Metal Forming

221


DTM FTUI Proses Penarikan (Drawing)

• Penarikan (Drawing): Sebuah operasi dimana penampangmelintang rod solid, kawat/kabel (wire) atau tabung dikurangiatau diubah bentuknya dengan menariknya melalui cetakan.

• Rod yang ditarik digunakan untuk as, spindel, dan piston kecil

• Rod memiliki penampang melintang lebih besar daripadakawat/kabel (wire).

• Di industri, wire didefinisikan sebagai sebuah rod yang telahditarik melalui cetakan minimal sekali. Aplikasi: kabel listrik, kabel, tension-loaded structural members, elektroda las, per (springs), paper clips, dan kawat instrumen musik.

Metal Forming

222


DTM FTUI Proses Penarikan (Drawing) (cont’d)

• Gaya penarikan:

ü Yavg adalah tegangan aktual rata-rata material dalam gap cetakan.

• Jika reduksi bertambah, gaya penarikan semakin tinggi.

• Idealnya, reduksi maksimum luas penampang melintang per laluan adalah 63%.

=

f

ofavg A

AAYF ln

Gambar :Metal Forming

223


DTM FTUI Operasi Penarikan (drawing)

Gambar :

Metal Forming

224


DTM FTUI

Sheet Metal Forming

225


DTM FTUI OutlineMetal Forming

226


DTM FTUI Karakteristik Pembentukan Logam Lembaran

Part aksisimetris kecil atau besar, permukaan akhir baik, biayatool rendah, biaya pekerja dapat tinggi kecuali prosesdiotomasikan

Spinning

Drawing dan embossing bentuk sederhana dan kompleks, permukaan lembaran diproteksi dengan membran karet, operasifleksibel, biaya tool rendah

Rubber forming

Terdiri dari: blanking, embossing, bending, flanging dan coining; bentuk sederhana dan kompleks pada laju produksi tinggi, biayaperalatan dan tool, biaya pekerja rendah

Stamping

Part sederhana dengan kontur rendah atau dalam, laju produksitinggi, biaya peralatan dan tool tinggi

Drawing

Part besar dengan kontur yang rendah, cocok untuk jumlahproduksi rendah, biaya pekerja tinggi, biaya peralatan dan tool tergantung ukuran part

Stretch Forming

Part panjang dengan penampang konstan, permukaan akhirbaik, laju produksi tinggi, biaya tool tinggi

Roll Forming

KarakteristikProses

Metal Forming

227


DTM FTUI

Pembentukan kontur rendah, bulging dan embossing padalembaran dengan kekuatan yang rendah, cocok untuk bentuktabung, laju produksi tinggi, membutuhkan tool khusus

Magnetic-pulse Forming

Lembaran yang sangat lebar dengan bentuk yang kompleksmeskipun biasanya aksisimetris, biaya tooling rendah, biayapekerja tinggi, cocok untuk jumlah produksi rendah, waktu siklusrendah

Explosive Forming

Kontur yang rendah pada lembaran yang lebar, operasi fleksibel, biaya peralatan dapat tinggi, prosses menggunakan part pengencang

Peen Forming

Bentuk kompleks, detail dan toleransi yang kecil, waktupembentukan lama, laju produksi rendah, part tidak cocok untuktemperatur tinggi

SuperplasticForming

KarakteristikProses

Karakteristik Pembentukan Logam LembaranMetal Forming

228


DTM FTUI Shearing (pemotongan)

Parameter proses utama dalam shearing:

-Bentuk dan material untuk memukul (punch) dan cetakan (die)

-Kecepatan pemukulan

-Pelumasan

-Kelonggaran

Gambar :

Metal Forming

229


DTM FTUI

Burr: sebuah sisi tipis(ridge)

Proses untukmenghilangkan burr -> Deburring

Shearing (cont’d)Metal Forming

230


DTM FTUI Shearing (cont’d)

Gambar :

Efek clearance à

Metal Forming

231


DTM FTUI Punching Force (gaya pemukulan)• Gaya maksimum pemukulan, F :

F = 0,7 x T x L x (UTS)

dimana:

T = ketebalan lembaran

L = panjang total yang dipotong (misalnya keliling lubangpemotongan)

UTS = Ultimate Tensile Strength material.

Metal Forming

232


DTM FTUI Contoh perhitunganSoal :

Hitunglah gaya yang dibutuhkan untuk memukul sebuahlubang dengan diameter 1 in. (25 mm) pada sebuah lembaranpaduan titanium annil Ti-6Al-4V dengan ketebalan 1/8 in. (3,2 mm) pada temperatur ruang.

Jawab :

Dari tabel UTS untuk paduan material tersebut adalah 1000 MPa, atau 140.000 psi, sehingga :

F = 0,7 x (1/8) x (π) x (1) x (140.000) = 38.500 lb = 19,25 ton = 0,17 MN

Metal Forming

233


DTM FTUI Shearing Operation (operasi pemotongan)

Punching : slug yang terpotong dibuangBlanking : slug adalah partnya, sedangkan sisanya adalah scrapDie cutting : proses pemotongan yang terdiri dari operasi berikut ini:

- Perforating : punching sejumlah lubang dalam lembaran- Parting : shearing lembaran menjadi 2 atau lebih bagian- Notching : membuang bagian-bagian (atau bentuk yang bervariasi) pada bagian tepi- Lancing : membuat sebuah bentukan tanpa membuang material

Gambar :

Metal Forming

234


DTM FTUI Fine Blanking

• Dikembangkan sejak tahun 1960 dengan kelonggaran 1% dariketebalan lembaran

• Toleransi dimensi berkisar ±0,05 mm (0,002 in.), dan kurang dari0,025 mm (0,001 in.)

• Biasanya dilakukan pada pres hidrolik dengan triple-action, dimanagerakan punch, pressure pad, dan die secara terpisah dikendalikan

• Cocok untuk lembaran dengan kekerasan berkisar 50 dan 90 HRB

Gambar

Metal Forming

235


DTM FTUI Slitting

• Pisau pemotong (blade) bergerak pada garis lurus atau melingkar.

• Tepi slit biasanya menghasilkan burr

• Pada tipe driven, pisau diberikan daya pemotongan

• Pada tipe pull-throug, lembaran ditekan pada pisau yang idle

Gambar :

Metal Forming

236


DTM FTUI Shearing Dies

• Clearance (Kelonggaran) : 3 Kelonggaran untuk material yang lunak kurang dari material yang

lebih keras3 Lubang yang kecil (dibandingkan dengan ketebalan lembaran)

membutuhkan kelonggaran yang lebih besar dibanding lubang yang besar

3 Bisanya berkisar antara 2% dan 8 %

Gambar :

Metal Forming

237


DTM FTUI Shearing Dies (cont’d)

• Bentuk Punch dan Die:

3 Beveling punch cocok untuk pemotongan blank yang tebal, sebabmengurangi gaya pada awal langkah

Gambar :

Metal Forming

238


DTM FTUI Shearing Dies (cont’d)Tipe Dies à• Compound dies

3 Beberapa operasi pada lembaran yang sama dapat dilakukan dalam satukali langkah pada satu stasiun dengan menggunakan compound die

• Progressive dies3 Logam lembaran diumpankan dan operasi yang berbeda dilakukan pada

stasiun yang sama dalam setiap langkah oleh rangkaian pukulan.

• Transfer dies3 Logam lembaran mengalami operasi yang berbeda pada stasiun yang

berbeda, dengan aliran proses berbentuk lurus atau melingkar.

Material Tool dan die

3Biasanya tool steels, karbida

3Pelumasan dibutuhkan untuk mengurangi keausan tool dan die danmemperbaik kualitas tepi pemotong

Metal Forming

239


DTM FTUI Shearing Dies (cont’d)

Gambar :

Metal Forming

240


DTM FTUI Tipe Cutting (pemotongan) yg lain1. Band Saw (Gergaji pita), untuk plat dan lembaran

2. Flame Cutting, untuk plat tebal dan komponen strukturberat

3. Laser Beam Cutting, untuk bentuk dan ketebalan yang bervariasi.

4. Friction Sawing, menggunakan sebuah piringan ataupisau pada kecepatan yang tinggi

5. Water Jet Cutting, efektif untuk material logam ataunon logam.

Metal Forming

241


DTM FTUI Karakteristik Logam Lembaran

•Elongation

•Yield-point Elongation

•Anisotropy (planar)

•Anisotropy (normal)

•Grain Size

•Residual Stresses

•Springback

•Wrinkling

•Quality of Sheared Edges

•Surface Condition of Sheet

Gambar :

Metal Forming

242


DTM FTUI Proses Bending Lembaran dan Plat

• Bend Allowance: panjang sumbu netral bending dandigunakan untuk mendapatkan panjang blank dari sebuah part yang dibending.

• α : sudut bending (dalam radian)3 T : tebal lembaran

3 R : radius bending

3 k : konstanta (biasanya berkisar dari 0.33 (untuk R < 2T) s/d 0.5 (untuk R > 2T)

( )kTRL b +α=

Gambar :

Metal Forming

243


DTM FTUI Radius Bending Minimum

• Minimum Bend Radius:

−=

1r50TR

Gambar :

Metal Forming

244


DTM FTUI Springback

• Springback:

• Springback akan bertambah bila:3 Rasio R/T dan Tegangan luluh Y material bertambah

3 Modulus elastisitas E berkurang

1ET

YR3ET

YR4RR i

3i

f

i +

−

=

Gambar :

Metal Forming

245


DTM FTUI

Gambar :

Springback

• Kompensasi Springback :3 Overbending3 Melakukan penekanan berbentuk koin pada luasan yang dibending,

menggunakan gaya tekan tinggi yang terlokalisasi -> Bottoming punch

3 Stretch bending, part diberikan tekanan selama proses bending berlangsung dan temperaturnya dinaikkan

Metal Forming

246


DTM FTUI Gaya Bending

WkYLTP

2

=

WLT)UTS(P

2

=

Gaya bending

§ Gaya bending maksimum, P:

3 L : panjang bending

3 T : ketebalan lembaran

3 W : ukuran bukaan die

3 k : 0.3 untuk wiping die, 0.7 untuk U-die , 1.3 untuk V-die,

3 Y : yield stress material

§ Untuk V-die:

Gambar :

Metal Forming

247


DTM FTUI Operasi Bending lainnya

Gambar :

Metal Forming

248


DTM FTUI Operasi Bending lainnya (cont’d)

Gambar :

Metal Forming

249


DTM FTUI Peralatan Sheet Metal Forming

Gambar :

Metal Forming

250


DTM FTUI

Proses Turning(Proses pemesinan bubut)

251


DTM FTUI Skema Proses Turning

Gambar

a) Ilustrasi skematik dari proses turning memperlihatkan depth of cut, d, dan feed, f. Cutting speed (kecepatan potong) adl kecepatan permukaan dr benda-kerja pd tool-tip. b) Gaya-gaya yg bekerja pd sebuah pahat potong (cutting tool) dlmturning. Fc = gaya potong (cutting force), Ft = thrust atau gaya pemakanan/feed force (pd arah pemakanan), dan Fr adl gaya radial yg cenderung mendorongpahat lepas dr benda kerja yg sdg dipotong.

252


DTM FTUI Skema Proses Turning (cont’d)

253


DTM FTUI Mesin Turning Manual

Gambar

254


DTM FTUI Mesin Turning Manual (cont’d)

255


DTM FTUI Mesin Turning CNC

Gambar :

256


DTM FTUI Kisaran Kekasaran Permukaan Proses Pemesinan

257


DTM FTUI Kisaran Toleransi Dimensi Proses Pemesinan

258


DTM FTUI

Facing Taper Turning Contour Turning Form Turning

Chamfering Cutoff Threading

Boring Drilling Knurling

Jenis-jenis Proses Turning

259


DTM FTUI Sudut dalam Pemotongan Turning

260


DTM FTUI Sudut dalam Pemotongan Turning (cont’d)

Mekanisme pembentukan chips

261


DTM FTUI Temperatur dalam Pemotongan

262


DTM FTUI Pendinginan (cutting fluids) dalam Pemotongan

263


DTM FTUI Pahat Potong Turning

Gambar

Pahat insert :

264


DTM FTUI Pahat Potong Turning (cont’d)Pahat insert :

265


DTM FTUI

Grooves pd pahat potongà sebagai pemutus chip (chip breaker)

Pahat Potong Turning (cont’d)Pemutus chip (chip breaker) pada pahat :

266


DTM FTUI Kisaran Cutting Speed dan Feed-rate Material Pahat Potong

Gambar :

267


DTM FTUI Collet

Gambar :

268


DTM FTUI Metode Pencekaman (clamping) Benda Kerja

Gambar :

269


DTM FTUI Mandrel

Gambar :

270


DTM FTUI Proses Pemotongan Ulir (thread cutting)

Gambar

271


DTM FTUI Pemesinan Turning dengan Turret Turning

Gambar

272


DTM FTUI Proses Boring (pembesaran lubang)

Gambar :

273


DTM FTUI Boring Bar & Boring Mill

Gambar :

274


DTM FTUI

3. Waktu Pemotongan (Cutting time)

, m/men

Ltot = L + La , m La = Allowance

4. Kecepatan Pelepasan Geram

(Material Removal Rate/MRR)

MRR = Volume terbuang / waktu(tm)

= v.f.d , mm3/men

f

totm v

Lt =

1. Kecepatan Potong (Cutting Speed)

, m/men

davg = (do + df) / 2 , mm

2. Kecepatan Makan (Feed)

vf = f.N , m/men

1000N.d.

v avgπ=

Perhitungan Proses Turning

275


DTM FTUI

1. Waktu Pemotongan, m/men

Ltot = L + La , m

La = Allowance

2. MRR

(mm3/men)

f

totm v

Lt =

f

22

21

v/L4/)DD(LMRR π−π

=


Ltot = L + La , m

L = D/2 (pejal) atau

(D - D1) (tabung)

La = Allowance

2. MRR,mm3/men

f

totm v

Lt =

L4N.f.l.D.MRR 1

2π=

Perhitungan Proses Turning (cont’d)

276


DTM FTUI


Ltot = L + La , m

La = Allowance

2. MRR

, mm3/men

f

totm v

Lt =

L4N.f.l.D.MRR 1

2π=

Perhitungan Proses Turning (cont’d)

277


DTM FTUI

Sebuah silinder besi pejal diameter 10 cm, panjang 63,5 cm akan diproses bubut menggunakan mesin bubut manual dan pahat cemented-carbide sehingga diameternya menjadi 8,8 cm, dengan kondisi permesinan: v = 90 m/men, f = 0,4 mm/put, dan d = 3,2 mm.

Silinder akan dipasang pada sebuah pencekam dan ditahan pada bagian akhir dengan sebuah live center. Dengan pemasangan seperti ini, kedua bagian akhir dari benda kerja harus dibubut (dengan cara dibalik). Dengan menggunakan sebuah overhead crane, waktu yang dibutuhkan untuk memasang dan membongkar benda kerja adalah 5 menit, dan waktu untuk membalik benda kerja adalah 3 menit.

Untuk setiap pemotongan bubut, sebuah allowance harus ditambahkan pada panjang pemotongan pada saat sebelum dan sesudah proses pemotongan (approach & overtravel). Allowance total (approach + overtravel) = 12,5 mm. Carilah waktu total proses permesinan & MRR !

Contoh Soal Proses Turning

278


DTM FTUI

Proses Pemesinan Milling

279


DTM FTUI Produk Pemesinan Milling

Gambar :

280


DTM FTUI

Peripheral/Plane Milling Face Milling

Proses Pemesinan Milling

281


DTM FTUI

Up Milling (Conventional Milling)

Down Milling (Climb Milling)

Proses Pemesinan Milling (cont’d)

282


DTM FTUI Perbedaan Up Milling & Down Milling

Kelebihan:§ Kerja gigi tidak dipengaruhi oleh

karakteristik permukaan bendakerja

§ Kontaminasi/serpihan-serpihan kecil pada permukaan benda kerja tidak mempengaruhi usia alat

§ Proses pemotongannya lembut, sehingga gigi pemotong tetap tajam

Kekurangan:§ Ada kecenderungan peralatan

gemeretak (karena longgar)§ Ada juga kecenderungan benda

kerja terangkat ke atas, sehingga pengontrolan terhadap penjepit sangat penting

Kelebihan:§ Gerak potongnya menimbulkan gaya yang

menahan benda kerja untuk tetap beradadi tempatnya

Kekurangan:§ Pada saat gigi memotong benda kerja,

terjadi resultan gaya impact yang besarsehingga peralatan dalam operasi iniharus di set up dengan kuat.

§ Tidak cocok untuk permesinan bendakerja dengan permukaan yang kasar(banyak serpihan / scale), seperti logamyang di kerjakan dengan hot working, ditempa (forging), ataupun dicor(casting).Karena serpihan-serpihantersebut bersifat abrasif, sehinggamenyebabkan pemakaian yang berlebihan, merusak gigi pemotongsehingga mempersingkat usia alat

Up Milling à Down Milling à

283


DTM FTUI

Slab Milling Slotting Side Milling Straddle Milling

Conventional Face Milling Partial Face Milling End Milling

Jenis Proses Milling

284


DTM FTUI

Profile Milling Pocket Milling Surface Countouring

Jenis Proses Milling (cont’d)

285


DTM FTUI Proses Face Milling

Gambar :

286


DTM FTUI Proses Face Milling (cont’d)

Gambar : Pengaruh bentuk insert thdpermukaan hasil proses milling.

287


DTM FTUI

Gambar :

Proses Face Milling (cont’d)

288


DTM FTUI Efek Lead Angle

Gambar

289


DTM FTUI Pahat Potong T-Slot & Shell Mill

Gambar :

290


DTM FTUI Arbor

Gambar :

291


DTM FTUI

Tabel :

Kapasitas Mesin dan Dimensi Benda Kerja

292


DTM FTUI Biaya Pahat Potong untuk Pemesinan

Tabel :

293


DTM FTUI

Rek

omen

dasi

untu

kpr

oses

Mill

ing

Tabel :

294


DTM FTUI Cacat Pemesinan Milling

Gambar :

295


DTM FTUI Geometri Pahat Potong

DvN

π=

Cutting Speed(Kecepatan potong)

)( dDdA −=

Approach Distance

fm V

ALt +=

Cutting Time

zNfVf ..=

Feedrate(Laju pemakanan)

z = number of teeth

VfdwMRR ..=

MRR

w = width of machined workpiece

d = depth of machined workpiece

296


DTM FTUI Approach dan Overtravel

2DA O= =Approach Distance ( )A O w D w= = −Approach Distance

Gambar :

297


DTM FTUI Jenis Mesin Milling (Knee-and-Column) 3-axis

Horizontal Vertikal

Ram TypeUniversal

298


DTM FTUI Jenis Mesin Milling 5-axis

a) Table-tilting type b) Spindle-tilting type c) Table-Spindle-tilting type

299


DTM FTUI Jenis Mesin Milling 5-axis : PKM

Parallel Kinematics Machine (PKM)

Keuntungan :1. Payload-to-weight rasion yg lebih

besar.2. Non-cumulative joint error.3. Struktur yg lebih rigid.4. Modularitas.

Kekurangan :1. Singularity2. Rasio workspace-to-work yg rendah3. Sistem kontrol yg lebih rumit4. Stifness yg rendah pada posisi

singularitas5. Stabilitas thermal yg rendah6. Kalibrasi kinematik error yg susah7. Dll.

300


DTM FTUI Permasalahan Pemesinan MillingGambar :

301


DTM FTUI Panduan Menghindari Vibrasi dan Chatter Pada Pemesinan Milling

§ Pahat potong dipasang sedekat mungkin pada spindel untuk mengurangi defleksi

§ Pemegang mata pahat harus dipasang sekuat mungkin

§ Apabila terjadi vibrasi dan ketukan, bentuk peralatan dan kondisi operasi harus dimodifikasi. Pahat potong dengan banyak gigi dan spasi gigi secara acak dianjurkan untuk digunakan

302


DTM FTUI SoalDiketahui:Benda awal silinder Ø60 mm x 50 mm.Dilakukan proses permesinan sebagai berikut: Mesin MillingKecepatan potong = 700 rpmLaju pemakanan = 100 mm/menitDiameter pahat = 10 mmKedalaman potong = 2 mmMesin BubutKecepatan potong = 9 m/menitUmpan = 1,5 mm/putaranKedalaman potong = 2 mmKelonggaran = 5 mmMesin DrillKecepatan potong = 6 m/menitUmpan = 1 mm/putaranWaktu setup mesin milling = 15 menitWaktu setup mesin bubut = 15 menitWaktu setup mesin drill = 10 menitWaktu persiapan dan pembersihan seluruh alat permesinan = 20 menitUpah pekerja = Rp. 15.000,-/jamHarga material = Rp. 20.000,-/komponenBiaya listrik, pemakaian mesin dan pemeliharaan = Rp. 25.000,-/jamHitung: a. Waktu pemesinanb. Waktu total pembuatan benda kerja/komponen tersebutc. Estimasi biaya pembuatan satu komponen tersebut

303


DTM FTUI

Proses Drilling(Proses Gurdi)

304


DTM FTUI Pahat Potong Drilling

Gambar :

305


DTM FTUI Pahat Potong Drilling (cont’d)

Gambar :

306


DTM FTUI Rekomendasi Geometri Pahat Drilling

Tabel : Rekomendasi umum untuk Geometri Pahat Drilling (High Speed Twist Drill)

307


DTM FTUI Pahat Potong Drilling (cont’d)

Gambar :

308


DTM FTUI Gun Drilling§ Awalnya dikembangkan untuk

penggurdian laras senapan, gun drilling digunakan untukmenggurdi lubang yang dalam danpekerjaan yang membutuhkangurdi yang khusus

§ Rasio kedalaman terhadapdiameter lubang yang dihasilkandapat mencapai 300:1 atau bahkanlebih tinggi

§ Kecepatan potong gun drilling biasanya tinggi dan umpannyarendah.

§ Fluida pemotong didorong dengantekanan yang tinggi melaluilubuang memanjang di dalambadan gurdi

§ Fluida juga membilas chip yang terjebak dalam lubang yang digurdi

309


DTM FTUI Trepanning

• Pahat potong menghasilkan lubang dengan membuang bagianberbentuk piringan (core) à biasanya plat datar.

• Dapat menghasilkan piringan sampai diameter 150 mm (6 in.), ataugroove sirkuler dimana O-ring diletakkan.

Gambar

310


DTM FTUI Kemampuan Pahat Drilling untuk Pelubangan

853-1200Boring

1001040-250Trepanning

3001002-50Gun

1003025-150Spade

5080,5-150Twist

MaksimumTipikal

Kedalamanlubang/diameter

JangkauanDiameter

(mm)Tipe Pahat

311


DTM FTUI Rekomendasi Umum untuk Cutting Speed dan Feed-rate dalam Drilling

500-8004300-64000,300,02520-30Steel

250-5002100-43000,180,02510-20Stainless Steel

150-5001300-43000,150,0106-20Titanium Alloy

500-15004300-12.0000,300,02520-60Cast Iron

0,025

0,025

0,025

0,025

0,025

1,5 mm

Umpan (Feed), mm/put

Diameter pahatdrilling

20-60

30-60

15-60

45-120

30-120

m/min

KecepatanPermukaan

0,10

0,13

0,25

0,30

0,30

12,5 mm

500-15004300-12.000Thermosets

800-15006400-12.000Thermoplastics

400-15003200-12.000Copper Alloy

1100-30009600-25.000Magnesium Alloy

800-30006400-25.000Aluminum Alloy

12,5 mm1,5 mm

RpmMaterial Benda

Kerja

312


DTM FTUI Umur Pahat Drilling

§ Diperlukan penajaman atau penggantian pahat drilling yang telah tumpul.

§ Umur pahat drilling didefinisikan sebagai jumlah lubangyang dapat di-drill (gurdi) sampai proses transisi (pahattumpul) terjadi.

Gambar :

313


DTM FTUI Mesin Drilling

Gambar :

314


DTM FTUI Reaming§ Suatu operasi yang digunakan untuk :

3 Membuat sebuah lubang yang secara dimensional akurat dandilakukan dengan proses drilling.

3 Memperbaiki permukan akhir (menghaluskan).

§ Langkah operasi yg umum sebelum proses reaming :1. Centering

2. Drilling

3. Boring

4. Reaming

315


DTM FTUI Reamer

Gambar :

§Pahat potong denganbanyak sisi potonglurus atau flute heliksdan mengambilsedikit material

§Untuk logam lunak, reamer mengambilminimum 0,2 mm dari diamter sebuahlubang yang digurdi

§Untuk logam keras, 0,13 mm.

316


DTM FTUI Tapping dan Tap

§ Tapping: operasi untuk membuat ulir dalam padabenda kerja

§ Tap: pahat potong ulir dengan gigi potong banyak.

Gambar :

317


DTM FTUI Tapping dan Tap

§ Tersedia dengan flute berjumlah dua (paling umum), tiga (paling kuat) atau empat.

§ Ukuran tap sampai dengan 100 mm.

§ Tap tirus didesain untuk mengurangi torsi yang dibutuhkan.

§ Tapping dapat dilakukan pada:3Mesin drilling

3Mesin Turning

3Mesin ulir otomatis

3Mesin milling CNC Vertikal

§ Dengan menggunakan pelumasan yang tepat, umur tap bisa lebih dari 10.000 lubang.

318


DTM FTUI Pertimbangan Desain untuk Drilling, Reaming dan Tapping§ Lubang yang di-drill pada plat datar harus tegak lurus

terhadap gerakan drilling, jika tidak akan terjadi defleksidan letak lubang tidak akan akurat.

§ Permukaan lubang yang terinterupsi harus dihindari untukmemperbaiki akurasi dimensi.

§ Bagian bawah lubang, jika memungkinkan harus sesuaidengan sudut titik drilling. Permukaan yang rata sebaiknyadihindari

§ Diperlukan lubang pendahuluan untuk menghasilkanlubang yang lebih besar.

§ Part harus didesain sehingga penggurdian dapat dikerjakandengan fixturing yang minimum dan tanpa mereposisibenda kerja.

319


DTM FTUI

Conceptdesign

Geometricmodeling

CAD-system

Collision check

Kinematicsengine

Machinesimulation

Tool path generation

Tool path simulation

CAM-systemNC-machine

NC-file

Z

Y

X

CB- functions

- specs.

Dari Desain ke Mesin NC

320


DTM FTUI

Cutting Tools (Pahat Potong)

321


DTM FTUI Material Pahat Potong, Waktu Pemotongan, dan Kecepatan PotongPerbaikan material cutting tool telah mengurangi waktu pemesinan

322


DTM FTUI Karakteristik pahat potong yang diinginkan1. Kekerasan yang tinggi

2. Ketahanan terhadap pengikisan, aus, pembentukan chip (chipping) pada sisi pemotong

3. Ketangguhan (toughness) yang tinggi (kekuatan impak)

4. Kekerasan panas (hot hardness) yang tinggi

5. Kekuatan untuk menahan deformasi

6. Stabilitas kimiawi yang baik

7. Sifat termal yang mencukupi

8. Modulus elastisitas tinggi (stiffness)

9. Umur alat yang konsisten

10. Geometri dan permukaan akhir yang baik

323


DTM FTUI Pemilihan Material dan geometri Pahat Potong dan Kondisi Pemotongan

KEPUTUSAN PEMILIHAN

TOOL

BATASAN (CONSTRAINT)

INPUT

OUTPUT

Ketersediaan (Material, komposisi, sifat, dan aplikasi, ukuran, bentuk geometri, jadwal pengiriman, biaya dan data kinerja)

Kualitas/kapabilitasyg dibutuhkan

Ukuran Lot(produksi batch kecil vs massal)

Ukuran & geometri part

Tipe pemotongan(pengerjaan kasar vs halus, kontinyu vs intermitten)

Material kerja(komposisi & keadaan metalurgi)

Pengalaman lalu daripembuatan keputusan

Parameter pemotonganKecepatan (rpm)FeedKedalaman potongFluida pemotongan

Tool yang dipilih(material tool spesifik, grade, bentukdan geometri tool)

Proses manufaktur (kontinyu vs intermiten)Kondisi & kapabilitas dari mesin yang tersedia (rigiditas)

Persyaratan geometry, finish, akurasi & integritas permukaanPeralatan pemegang benda kerja (rigiditas)

Waktu proses yang dibutuhkan (jadwal produksi)

324


DTM FTUI Sifat-sifat Material Pahat Potong

325


DTM FTUI Kekerasan Material Pahat Potong (Vickers)

326


DTM FTUI Material PahatTOOL STEEL

§ Baja karbon dan baja campuran rendah/menengah.

§ Baja karbon 0,9% sampai dengan 1,3% karbon, ketika mengalami proses pengerasan (hardening) dan tempering memiliki kekerasan, kekuatan dan ketangguhan yang baiksehingga menghasilkan sisi pemotongan yang tajam.

§ Akan tetapi tool steels kehilangan kekerasannya pada suhu di atas 400°F yang dikarenakan proses tempering dan umumnya digantikan dengan material lain untuk pemotongan logam.

327


DTM FTUI Material Pahat (cont’d)BAJA KECEPATAN TINGGI (HIGH SPEED STEEL/HSS)§ Pertama kali ditemukan tahun 1900 oleh Taylor dan White

§ Baja campuran tinggi sangat baik untuk tool steel yang memiliki kemampuan potong pada suhu di atas 1100°F.

§ Kandungan HSS: W, Mo, Co, V dan Cr selain Fe dan C.

§ W, Mo, Cr dan Co dalam ferrite adalah larutan padat yang memperkuat matriks pada sekitar suhu tempering, hal ini juga meningkatkan kekerasan panas (hot hardness).

§ Vanadium (V) bersama dengan W, Mo dan Cr dapat meningkatkan kekuatan dan ketahanan pakai.

§ Kelarutan padat yang merata pada matriks juga meningkatkan kekerasan yang baik pada baja jenis ini.

§ Meskipun banyak formulasi yang digunakan, tetapi komposisi khususnya adalah tipe18-4-1 (Tungsten 18%, Chromium 4%, Vanadium 1%), disebut T1.

§ Baja kecepatan tinggi secara umum masih digunakan pada mesin bor dan jenis-jenis umum dari mesin frais, sedangkan single-point tools digunakan pada mesin-mesin umum.

§ Untuk mesin produksi, sebagian besar materialnya dapat diganti dengan carbide, coated carbide dan coated HSS.

328


DTM FTUI Material Pahat (cont’d)CAST COBALT ALLOYS

§ Stellite tools adalah suatu material yang kaya akan cobalt, campuran chromium-tungsten-karbon dan memiliki sifat serta aplikasinya ada di antara baja kecepatan tinggi dan cemented carbides.

§ Meskipun dibandingkan dalam kekerasan pada suhu kamar alat dengan material baja kecepatan tinggi, pahatdengan material cast cobalt alloys mempertahankankekerasannya pada suhu yang lebih tinggi.

§ Hal ini menyebabkan material cast cobalt alloys dapat digunakan pada kecepatan potong yang lebih tinggi (25% lebih tinggi) dari alat bermaterial HSS.

§ Cast cobalt alloys sendiri merupakan material yang sangat keras dan tidak bisa dilunakkan dengan pemberian perlakuan panas.

329


DTM FTUI Geometri Pahat

330


DTM FTUI Tool Wear (Keausan pahat)

331


DTM FTUI Kurva keausan pahat

332


DTM FTUI Kurva umur pahat Taylor

333


DTM FTUI Biaya per unit vs Kecepatan Potong

334


DTM FTUI

Proses Pemesinannon-Konvensional

335


DTM FTUI Keterbatasan Kondisi Pemesinan Konvensional

§ Kekerasan dan kekuatan material yang sangattinggi (di atas 400 HB), atau material terlalurapuh.

§ Benda kerja terlalu fleksibel.

§ Bentuk part kompleks termasuk profil internal dan eksternal, atau diameter lubang kecil (e.g. pada nosel injeksi bahan bakar).

§ Persyaratan permukaan akhir dan toleransidimensi cukup tinggi.

§ Menghindari kenaikan temperatur dan tegangansisa (residual stress) benda kerja.

336


DTM FTUI Contoh Part hasil Proses Pemesinan non-Konvensional

Gambar :

337


DTM FTUI Chemical Machining : Chemical Milling

Gambar :

338


DTM FTUI Chemical Machining : Chemical Milling (cont’d)

§ Memproduksi rongga yang rendah pada plat, lembaran, tempa dan ekstrusi sampai dengan 12 mm.

§ Pembentukan dengan reagent kimia pada luasan yang berbeda di permukaan benda kerja dan dikendalikan olehlapisan material removabel disebut masking.

§ Kemampuan: produksi komponen pesawat, panel kulitmisil, airframe, divais mikroelektronik.

Gambar :

339


DTM FTUI Kekasaran Permukaan dan Toleransi Pemesinan

Gambar :

340


DTM FTUI Chemical Machining : Chemical Blanking

§ Mirip seperti proses blanking, hanya saja menggunakanbahan kimia.

§ Produknya: printed-circuit board, panel dekorasi, stamping logam lembaran tipis.

Gambar :

341


DTM FTUI Chemical Machining : Photochemical Blanking

§ Disebut juga photoetching atau photochemical machining, menggunakan teknik fotografi.

§ Material yang dapat dibentuk setipis 0,0025 mm.

§ Kemampuan: pembuatan fine screen, printed-circuit card, lapisan motor listrik, mask untuk tv berwarna.

§ Skill pekerja dibutuhkan, biaya peralatan rendah, proses dapatdiotomasikan, ekonomis untuk volume produksi berskalamedium sampai tinggi.

342


DTM FTUI Chemical Machining : Pertimbangan Desain

§ Karena etchant mengenai semua permukaan secara kontinyu, desain dengan sudut tajam, rongga yang dalam dan rendah, tirus, sambungan lipatan harus dihindari.

§ Karena etchant mengenai material dalam arah vertikal danhorisontal, maka undercut akan muncul.

§ Untuk memperbaiki laju produksi, benda kerja harus dibentukdengan proses lainnya sebelum chemical machining.

§ Variasi dimensi dapat terjadi karena perubahan kelembaban dantemperatur.

§ Gambar kerja yang didesain harus cocok dengan peralatanphotochemical.

343


DTM FTUI Electrochemical Machining (ECM)

Gambar :

§ Seperti kebalikan prinsip electroplating, dan elektrolit berfungsi sebagaipembawa muatan.

§ Benda kerja (anoda), pahat (katoda)§ Pahat dibuat dari kuningan, tembaga, brons atau stainless steel.§ Elektrolit: sodium klorida dicampur dengan air atau sodium nitrat§ Arus yang diberikan mesin maksimal 40.000 A dan minimal 5 A.§ Laju penetrasi pahat proporsional terhadap kerapatan arus.

344


DTM FTUI Electrochemical Machining (cont’d)

§ Kemampuan proses ECM : produksi rongga pada material dengankekuatan tinggi, seperti bilah turbin, part mesin jet, nosel, ronggacetakan tempa.

Gambar :

345


DTM FTUI Electrochemical Machining : Pertimbangan Desain

§ Karena kecenderungan elektrolit mengerosi profilyang tajam, ECM tidak cocok untuk memproduksitepi persegi yang tajam atau bagian bawah yang rata.

§ Pengendalian aliran elektrolit sulit, sehingga bentukrongga yang tidak teratur tidak dapat diproduksisesuai bentuk yang diinginkan.

§ Desain harus dapat dimesin bila dihasilkan bentuktirus untuk lubang atau rongga.

346


DTM FTUI Contoh ECM untuk Implantasi Biomedis

Gambar :

347


DTM FTUI Electrochemical Grinding

§ Gabungan ECM dan gerinda konvensional.§ Gerinda terbuat dari aluminum oksida berputar pada kecepatan

permukaan 1200 m/min – 2000 m/min§ Kerapatan arus 1 A/mm2 – 3 A/mm2. § Gerinda berfungsi sebagai:

3 Insulator antara roda dan benda kerja3 Secara mekanis membuang produk elektrolitik dari daerah kerja

§ Desain harus menghindari bentuk radius dalam yang tajam

Gambar :

348


DTM FTUI Electrical-Discharge Machining (EDM)Gambar :

349


DTM FTUI Electrical-Discharge Machining (cont’d)

§ Discharge kapasitor bekerja pada 50 kHz dan 500 kHz dan voltaseantara 50 dan 380 V, serta arus 0,1 – 500 A.§ Fungsi dielektrik:

3 Sebagai insulator sampai beda potensialnya menjadi tinggi3 Sebagai media pembilas dan membawa kotoran di bagian gap3 Sebagai media pendingin

§ Volume material yang dibuang per discharge berkisar 10-6 - 10-4 mm.§ Elektroda terbuat dari grafit, kuningan, tembaga atau coper-

tungsten dan berdiameter 0,1 mm dan rasio kedalaman terhadapdiameter lubang 400:1.§ Keausan pahat berkaitan dengan titik lebur material, semakin

rendah titik leburnya semakin tinggi laju keausannya.

350


DTM FTUI Electrical-Discharge Machining (cont’d)

Gambar :

Gambar :

351


DTM FTUI Wire EDM

Gambar :

352


DTM FTUI Wire EDM (cont’d)

§ Dapat memotong plat setebal 300 mm.

§ Kawat terbuat dari kuningan, tembaga atau tungsten, zinc atau brass coated dan multicoated wire.

§ Diameter kawat kurang lebih 0,30 mm untukpemotongan kasar dan 0,20 mm untuk pemotonganakhir.

§ Kecepatan gerakannya konstan berkisar 0,15 – 9 m/menit dan gap (kerf) yang konstan selama prosespemotongan.

353


DTM FTUI Laser Beam Machining

LASER = Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation

Gambar :

354


DTM FTUI Laser Beam Machining (cont’d)

Bahan laser:

-CO2 (gelombang pulsa atau kontinyu)

-Nd: YAG (neodymium: yttrium-aluminum-garnet)

-Nd: glass, ruby

-Excimer laser (Excited & dimer, artinya dua mer/molekul pada komposisi kima yg sama

Gambar :

355


DTM FTUI Laser Beam Machining (cont’d)

§ Parameter fisik yang penting adalah sifat reflektif dankonduktivitas termal benda kerja, termasuk panas spesifik danpanas laten saat melebur atau menguap.

§ Semakin rendah nilai parameter tersebut, proses semakin efisien.

§ Dapat dikombinasikan dengan gas seperti oksigen, nitrogen atauargon (laser-beam torch) untuk pemotongan material lembarantipis.

§ Dapat memotong lubang diameter 0,005 mm dengan rasiokedalaman dan diameter 50:1. Ketebalan plat yang dapat dipotongsetebal 32 mm.

§ Penggunaan lain: pengelasan, perlakukan panas, marking (penanda).

356


DTM FTUI Water Jet Machining

Gambar :

357


DTM FTUI Water Jet Machining (cont’d)

§ Disebut juga dengan Hydrodynamic Machining§ Tekanan yang digunakan adalah 400 MPa, atau bisa mencapai 1400

MPa.§ Diameter nosel jet antara 0,05 mm – 1 mm..§ Material yang dipotong: plastik, kain, karet, produk kayu, kertas,

kulit, material insulasi, batu bata, material komposit.§ Ketebalan dapat mencapai 25 mm atau lebih. § Kelebihan:

3 Pemotongan dapat dilakukan pada setiap lokasi tanpapelubangan awal

3 Tidak terjadi panas3 Tidak terdapat defleksi benda kerja3 Hanya sedikit saja material yang terbasahi3 Produksi burr yang minim

358


DTM FTUI Abrasive-Jet Machining

Gambar :

359


DTM FTUI Abrasive-Jet Machining (cont’d)

§ Menggunakan udara kering, nitrogen atau karbon dioksidadicampur dengan partikel abrasif dengan kecepatan tinggi.§ Digunakan untuk pemotongan:

3 Lubang kecil, slot, pola pada material yang sangatkeras atau rapuh

3 Deburring atau pembuangan flash pada part3 Trimming dan bevelling3 Pembuangan oksida dan permukaan film lainnya3 Pembersihan komponen terhadap permukaan yang

tidak beraturan§ Tekanan suplay gas sebesar 850 kPa dan kecepatan abrasif

hingga mencapai 300 m/s dikendalikan dengan katup.§ Ukuran abrasif dari 10 – 50 μm.

360


DTM FTUI Micromachining

MEMS = Microelectromechanical System

Gambar :

361


DTM FTUI Micromachining (cont’d)§ Menggunakan chemical etching.

§ Contoh:

3 Assembly roda gigi yang digerakkan oleh rotor berdiameter55μm dan berputar dengan kecepatan 300.000 rpm searahmaupun berlawanan arah jarum jam.

3 Probe dan piranti pengukuran pada aplikasi pesawat luarangkasa, aliran fluida.

3 Sistem fiber optik.

362


DTM FTUI

Gambar :

Nanofabrication

363


DTM FTUI

§ Melibatkan pembentukan dan manipulasi struktur dengankarakteristik panjang kurang dari 1 μm.

§ Proses nanofabrikasi seperti photolithography, lithography, dll.

§ Atomic Force Microscope (AFM) telah banyak digunakan dalamlitografi berskala nano, dengan resolusi atomis, telah dapatdigunakan untuk memanipulasi molekul tunggal dan atom padapermukaan.

§ Contoh produk:

3 Media informasi, dimana 1 bit informasi dapat disimpandalam 100 atom, maka buku dapat disimpan dalam 0,5 mm3.

3 Robot mikroskopis untuk membawa obat.

Nanofabrication (cont’d)

364


DTM FTUI

Proses Penyambungan : Welding (pengelasan)

365


DTM FTUI Proses Penyambungan (Joining Processes)

Gambar :

366


DTM FTUI Alasan menggunakan Proses Penyambungan1. Produk tidak mungkin di manufaktur dalam satu benda.2. Produk lebih mudah dan ekonomis di manufaktur dan di kirim

(transport) sebagian komponen-komponen yg kemudian di rakit(assembly).

3. Memungkinkan untuk mengambil komponen untuk perbaikan ataupemeliharaan thd bagian yg rusak.

4. Sifat material yg berbeda mungkin lebih diinginkan untuk tujuanfungsional dari produk.

367


DTM FTUI Klasifikasi Proses Penyambungan

Gambar :

368


DTM FTUI Contoh Penyambungan dengan Welding

Gambar :

369


DTM FTUI Tiga Proses Penyambungan : Shielded Metal, Gas Metal, dan Gas Tungsten Arc Welding

1. Setiap proses menggunakan arus DC untuk menghasilkanarc antara electroda dan benda kerja.

2. Setiap proses menggunakan shielding untuk melindungiweld dari kontaminasi.

3. Setiap proses menggunakan material pengisi (filler), yang memiliki komposisi kimia yg sama dengan benda kerja.

Kesamaan dari tiga proses :

370


DTM FTUI Shielded Metal Arc Welding

• Dikembangkan pada awal abad ke 20. Penggunaanutamanya di dalam pengelasan baja (steel welding).

• Shielded metal arc welding dilaksanakan dengan membuatarc antara elektroda metal berlapis dan benda kerja. Sesaatarc terbentuk benda kerja menjadi cair pada titik lokasi arc.

• Batang elektroda memiliki dua fungsià Pertama : sebagaimedia utk arus listrik. Kedua : material pengisi digunakanuntuk menghasilkan sambungan.

• Lapisan yg mengelilingi elektroda membentuk gas ygmembantu melindungi lasan.

371


DTM FTUI Shielded Metal Arc Welding (cont’d)

372


DTM FTUI Gas Metal Arc Welding

• Gas metal arc welding (GMAW), juga dinamakan Metal Inert Gas (MIG) atau Metal Active Gas (MAG) welding, melindungi las-an dengan gas eksternal spt : argon, helium, carbon dioxide, ataucampuran gas lain.

• GMAW digunakan untuk mengelas semua metal-metal komersialpenting a.l. baja (steel), aluminum, tembaga (cooper), danstainless steel.

• Pemilihan metal pengisi (filler metal) memiliki komposisi kimiayang sama dengan material yg di las.

• Proses dapat dilakukan dalam berbagai posisi : datar, horizontal, vertical, dan overhead.

373


DTM FTUI Gas Metal Arc Welding (cont’d)

374


DTM FTUI

Panas dihasilkan oleh busur listrik (electric arc) antara elektroda danbenda kerja. Kedua metal, benda kerja dan pengisi, melebur. Area las-an dilindungi oleh gas inert (inert shiled gases).

Metal yg dapat di Las :

-steel carbon

- steel low-allow

- steel stainless

- aluminum

- copper and its allows

- nickel and its allows

- magnesium

- reactive metal (titanium, zirconium, tantalum)

Proses GMAW

Characteristics of the weld joint by GMAW

(Modern Welding (p63))

375


DTM FTUI

1. Ada empat metode pemindah metal : short circuit, globular, spray, dan pulsed spray. Setiap metode membutuhkansetting dan penggunaan yg berbeda.

2. Gas pelindung (shielding gas).

3. Ukuran elektroda (electrode size).

4. Parameter elektrik : Tegangan (voltage) dan Arus (current) (GMAW menggunakan arus kontinyu).

5. Laju pengumpanan (feed rate : kecepatan penyuplai-an pengisi).

6. Laju penge-las-an (travel speed).

Parameter dalam proses GMAW

376


DTM FTUI

1. torch

2. sumber daya elektrik (electric power source)

3. Sumber gas pelindung (shielding gas source)

4. wire spool with wire drive control

Perlengkapan Utama

Peralaran yg dibutuhkan dlm GMAW

(Modern Welding (p63))

377


DTM FTUI Gas Tungsten Arc Welding

• Dalam GTAW, elektroda tungsten digunakan sebagai penggantielektroda metal dlm shielded metal arc welding.

• Gas inert yg bersifat kimia (chemically inert gas), spt argon, helium, atau hydrogen, digunakan utk melindungi metal darioksidasi.

• Panas dari arc (busur) yg dibentuk oleh elektroda dan metal melebur bagian tepi metal.

• Proses ini dpt digunakan untuk hampir semua metal danmenghasilkan las-an dgn kualitas tinggi. Namun laju pege-las-an cukup lambat.

378


DTM FTUI Gas Tungsten Arc Welding (cont’d)

379


DTM FTUI

Elektroda Tungsten memiliki titik lebur yg tinggià hal ini membuatGTAW memiliki keuntungan spesifik : 3 Pengelasan (Welding) dapat di lakukan dalam setiap posisi.3 Hasil las-an memiliki komposisi yg sama dengan metal benda kerja.3 Tidak digunakan Flux; sehingga, hasil las-an tidak membutuhkan

pembersihan dari sisa las-an yg bersifat korosif.3 Tidak ada asap atau gas yg merusak penglihatan.3 Penyimpangan dari metal benda kerja adalah minim karena panas

terkonsentrasi pada luasa yg kecil.3 Tidak ada cipratan api yg dihasilkan karena metal tidak di transfer

melewati arc (busur).

Gas Tungsten Arc Welding (cont’d)

380


DTM FTUI

Burn hazard Protection clothes and gloves

Eye protection against splatters and ultraviolet and infrared rays

Helmet or special glasses

Toxic gases:

- carbon monoxide (CO)

- ozone (O2)

- phosgene gases produced with some metals when welded

Well ventilated area

Faktor Keamanan dlm Pengelasan

381


DTM FTUI

The ESAB CaB 600 installed atAB Martin Larsson in Pålsboda,Sweden.

382


DTM FTUI

Rapid Prototyping(Material Increase Manufacturing)

383


DTM FTUI

§ Juga dinamakan :

3Layered Manufacturing (LM)

3Desktop Manufacturing

3Solid Freeform Fabrication (SFF)

Rapid Prototyping (RP)

384


DTM FTUI Rapid Prototyping : Layered Manufacturing ?

385


DTM FTUI Rapid Prototyping : Layered Manufacturing ? § Awal dari teknologi

rapid mechanical prototyping à3 Topography

• Pada 1890, metode pelapisanuntuk membuatmold untuk petarelief topografi.

3 Photosculpture• Pada 1879, usaha

untuk membuatreplika obyek 3-dimensi, termasuk bentukmanusia.

Layered mold daristacked sheets olehDiMatteo (1974)

386


DTM FTUI Produk Rapid Prototyping

Polyurethane/Epoxy turbines Alumina vane

Embedded copper

Internal coolingchannels S.S 316L surfaces

Invar core

387


DTM FTUI Kualitas Produk : Shrouded Fan

Rapid Prototyped Part

388


DTM FTUI Proses Rapid Prototyping

CAD Process Planning Mesin RP

+ Mudah dalamperencanaan utk 3D

+ Berbagai jenis material+ Fast turn around

– Akurasi : ketebalanlayer (lapisan)

389


DTM FTUI Rapid Prototyping : Stereolithography§ Liquid Photopolymer .

§ Menghasilkan akurasi dan permukaan akhir yg sangat baik

§ Kecepatannya rata2 + biaya $100~500K

§ Belakangan dapat menghasilkan produk metal dan ceramic green

390


DTM FTUI Rapid Prototyping : Mesin Stereolithography

391


DTM FTUI Rapid Prototyping : Kimia Photopolymer

Gambar :

• Photoinitiator dancairan reactive monomers

• Cross-linking

• Solidified photopolymer tidakmeleleh, tapi melunak(soften)

392


DTM FTUI

1. Dapat menghasilkan geometri 3D yg kompleks.

2. Automatic process planning berdasarkanà CAD model.

3. Mesin fabrikasi yg umum, i.e., tidak membutuhkan spesifikfixturing dan tooling.

4. Membutuhkan minimum atau tanpa intervensi dari operator.

Rapid Prototyping : Keuntungan

393


DTM FTUI

5. Mudah untuk visualisasi, verifikasi, iterasi, dan optimasidesain.

6. Sebagai alat komunikasi dalamà simultaneous engineering.

7. Studi pemasaran thd keingingan konsumen.

8. Prototipe produk metal dan tooling dibuat dari polymer.

Rapid Prototyping : Keuntungan (cont’d)

394


DTM FTUI

1. Model solid CAD.

2. ‘.STL’ file.

3. Slicing file.

4. Final build file.

5. Fabrikasi produk.

6. Post processing.

Rapid Prototyping : Urutan Proses

Depositioncodes

Process Description

Slicing

DepositionPlanning

• STL

ProductModel

395


DTM FTUI

Model Stereolithography daritelepon selular.

Rapid Prototyping : Contoh Aplikasi

396


DTM FTUI Rapid Prototyping : Contoh Aplikasi (cont’d)

Pembuatan patung melalui proses Solid Photography

Documents

Proses Produksi