BAB 1TINJAUAN PUSTAKA

1.1 Pembentukan Logam / Metal FormingProses pembentukan (forming) adalah proses mengubah bentuk logam dengan suatu gaya pada arah tertentu tanpa menyisakan serpih. Proses pembentukan tergantung pada sifat plasticity (plastisitas), yakni kemampuan mengalir sebagai padatan tanpa merusak sifat-sifatnya.Pembentukan logam memiliki kekurangan dan kelebihan dibandingkan proses manufaktur lainnya, antara lain :Kelebihan : Karena padatan, maka tidak perlu perangkat pembawa cairan Tidak ada kompleksitas pemadatan. Dibanding dengan proses pemesinan, proses pembentukan menghasilkan sekrap yang lebih sedikit.Kekurangan : Gaya yang diperlukan tinggi, Mesin dan perkakas mahal, Sebagai konsekuensi dari kedua hal tersebut maka harus dalam produksi besar

Gambar 1.1. Klasifikasi pembentukan menurut keadaan tegangan yang bekerja

Beberapa variabel yang perlu diperhatikan pada proses pembentukan logam ada dua, antara lain variabel bebas dan tak bebas. Variabel bebas yang perlu diperhatikan dapat dibagi sebagai berikut :1. Material permukaan seperti sifat kimia, persyaratan sifat dan karakteristik bahan. Dasar pemilihannya ialah kemudahan fabrikasi, dibatasi oleh sifat produk yang diinginkan.2. Geometri mula dari benda kerja yang dipilih dari varitas bentuk yang ada atas pertimbangan ekonomi.3. Geometri perkakas / cetakan yang sangat berpengaruh karena system perkakas akan memproduksi dan mengontrol aliran logam.4. Pelumasan adalah 50% daya yang diberikan untuk mengatasi gesekan. Fungsi pelumas adalah melumasi, pendingin, pembatas panas, pencegah korosi, senyawa pemusnah. Perlu diperhatikan seperti tipe pelumas, jumlah yang harus diberikan, dan metode pemberian yang mempengaruhi hasil pembentukan.5. Suhu permukaan baik untuk benda kerja dan perkakas.6. Kecepatan operasi yang mempengaruhi efektivitas pelumas, gaya yang diperlukan untuk operasi, waktu yang tersedia untuk panas berpindah.7. Jumlah deformasi.Sedangkan variabel tak bebas yang perlu diperhatikan dibagi sebagai berikut :1. Gaya/daya yang diperlukan.2. Sifat material produk dimana perhatian konsumen pada bentuk dan sifat material akhir sehingga perencana harus pandai untuk memilih material awal dan memprediksi pengaruh proses dalam mengubah sifat tersebut. 3. Temperatur awal dan akhir.4. Surface finish (permukaan akhir) dan kehalusan. 5. Sifat aliran bahan.Pada umumnya proses pembentuk logam atau metal forming berdasarkan pengerjaannya, umumnya dibagi menjadi dua yaitu kerja panas/hot working dan kerja dingin/cold working. Kerja panas/hot working Hot working didefinisikan sebagi deformasi plastis logam di atas suhu rekristaliasinya. Yang perlu diingat bahwa beda material beda suhu rekristalisasinya. Misalnya tin / timah putih (Sn) pada suhu kamar, baja pada suhu 2000 0F, tungsten pada suhu sampai 4000 0F belum mencapai daerah hot working. Kenaikan suhu berpengaruh terhadap penurunan tegangan yield logam dan meningkatkan keuletannya. Pada suhu hot working, rekristalisasi mengeliminasi efek dari strain hardening (pengerasan regang) sehingga tidak ada keniakan signifikan dalam kekuatan yield atau kekerasan atau penurunan keuletan. Kurva stress-strain sebenarnya mendatar di atas titik yield dan deformasi dapat dipakai mengubah secara drastic bentuk logam tanpa takut akan retak atau diperlukan gaya yang sangat besar. Mengurangi atau menghilangkan ketidakhomogenan kimiawi Pori-pori dapat dilas atau direduksi ukurannya selama deformasi Struktur metalurgis dapat diubah untuk meningkatkan sifat akhir Pada baja pada suhu rekristalisasi deformasi terjadi pada struktur Krista austenit FCC yang lemah dan ulet dari pada ferrit BCC yang kuat dan stabil pada suhu rendah. Kelemahan pada proses pembentukan logam dengan hot working antara lain sebagai berikut : Suhu tinggi dari hot working meningkatkan reaksi logam dengan sekitarnya Toleransi yang miskin karena pemendekan termal dan kemungkinan pendinginan yang tidak uniform Struktur metalurgis mungkin juga tidak uniform Karena ukuran butir akhir tergantung pada reduksi, suhu pada akhir deformasi dan faktor yang lain yang bervariasi sepanjang benda kerja Bila logam dipanaskan ulang tanpa deformasi sebelumnya maka logam akan mengalami pertumbuhan butir dan penurunan secara konkuren dalam sifatnya. Namun bila logam telah mengalami deformasi sebelumnya maka struktur yang terdistorsi secara cepat diganti dengan butir bebas regangan yang baru. Kemudian rekristalisasi diikuti dengan salah satu dari 1. Pertumbuhan butir,2. Deformasi tambahan dan rekristalisasi, dan 3. Penurunan suhu secara tajam untuk memberhentikan difusi dan membeku dalam struktrur teriskritalisasi. Sedangkan Cold Working adalah deformasi plastis logam di bawah suhu rekristalisasi. Proses biasanya pada suhu kamar, tetapi penaikan suhu ringan biasa digunakan untuk meningkatkan keuletan dan mengurangi kekuatan. Ada beberapa kelebihan atau kekurangan dari proses cold working, seperti berikut ini : Tidak diperlukan panas (lebih hemat energi). Permuakan akhir yang diperoleh lebih bagus. Kontrol dimensi lebih bagus sehingga sedikit/tidak memerlukan pemesinan lanjutan. Produk memiliki kemampuan reproduksi dan mampu tukar yang lebih bagus. Sifat kekuatan, kelelahan dan keausan ditingkatkan melalui strain hardening. Sifat terarah dapat diberikan. Problem kontaminasi diminimisasi.Adapun Kekurangan cold working seebagai berikut : Diperlukan gaya yang lebih besar untuk memulai dan menyelesaikan proses cold work. Diperlukan perangkat yang lebih berat dan lebih kuat. Kurang keuletan. Permukaan logam harus bersih bebas sisik. Anneal antara mungkin diperlukan untuk mengkompen-sasi hilang keuletan yang menyertai strain hardening. Pemberian sifat yang terarah mungkin merusak. Tegangan sisa yang tak diinginkan mungkin diproduksi.

Pengaplikasian pada pembentukan logam terbagi menjadi beberapa bentuk pengerjaan antara lain :1. Pengerolan (rolling)2. Pembengkokan (bending)3. Tempa (forging)4. Ekstrusi (extruding)5. Penarikan kawat (wire drawing)6. Penarikan dalam (deep drawing)7. Dan lain-lainPada pembahasan selanjutanya lebih diperjelas tentang proses pembentukan dengan tarikan, dari pengaplikasian tersebut yang dengan tarikan dan umum digunakan adalah penarikan kawat/wire drawing.

1.2 Pengertian TarikanPada pembelajaraan fisika, tarikan merupakan salah satu jenis bentuk gaya yang timbul selain gaya tekan dan gaya geser. Gaya adalah suatu kekuatan (Tarikan atau doronagan) yang mengakibatkan benda yang dikenainya mengalami perubahan posisi atau kedudukan (bergerak) dan atau berubah bentuk. Gaya juga dapat diartikan sebagai suatu tarikan atau dorongan yang dikerahkan sebuah benda terhadap benda lain. Misalnya pada kegiatan tarik tambang yang membuat pelakunya berpindah tempat.Gaya yang berupa tarikan atau dorongan tersebut mempunyai arah gaya. Tarikan mempunyai arah yang mendekati orang/hewan/benda yang menariknya. Sedangkan dorongan mempunyai arah yang menjauhi orang/hewan/benda yang mendorongnya. Selain mempunyai arah, gaya pun mempunyai nilai, maka gaya merupakan besaran vektor. Gaya selaku besaran vektor digambarkan sebagai anak panah. Arah anak panah menggambarkan arah gaya, sedangkan panjang anak panah menggambarkan besar/kekuatan gaya.

Gambar 1.2. Gaya sebagai vektor memiliki nilai dan arah

1.3 Pembentukan Dengan Proses TarikanPada umumnya pembentukan dengan proses tarikan yang umum digunakan dikenal penarikan kawat (wire drawing). Penarikan juga digunakan pada kombinasi seperti rolling yang memerlukan tarikan agar hasil rolling tidak mengikuti arah putaran roll. Secara umum penarikan kawat merupakan salah satu jenisprosesmanufakturdengan memanfaatkan fenomena deformasi plastis akibat gaya pembentukan. Gaya pembentukan ini berupa tekanan dan tarikan yang terjadi sewaktubenda kerjamelewati die. Penarikan kawat diaplikasikan dalam pembuatan kabel listrik, kawat danpipa.Proses penarikan kawat meliputi penarikan logam melalui cetakan oleh gaya tarik yangbekerja pada bagian luar cetakan. Aliran plastik terutama disebabkan oleh gaya tekan yang timbul sebagai reaksi dari logam terhadap cetakan

Gambar 1.4. Pengaruh gaya tekan pembentuk kawat (bentuk aliran)

Proses penarikan kawat pada dasarnya sama dengan proses bar drawing kecuali proses inihanya melibatkan material dengan ukuran penampang yang lebih kecil sehingga benda kerjadapat digulung dari pada umumnya proses berlangsung secarakontinyu pada draw blok. Batang ditusuk dengan menggunakan penusuk dimasukan kedalam cetakan dandijepitkannyapada kepala tarik dengan gaya tarik 300.000 lb dan panjang tarikan 100fttelah ada kecepatantarikan bervariasi antara 30 sampai 300 ft. Penampang melintang suatu cetakan tarik atau pocitarik kerucut tampak padagambar tempat termasuk cetakan berbentuk sedemikian rupasehingga kawat sekaligus. Bentuk lonceng meningkatkan tekanan hidrostatisdanmemindahkan aliran pelumas. Sudut datang adalah bagian dari cetakan dimana menjadireduksi diameter, sudut tengahcetakan merupakan parameter proses yangpenting. Daerahbantalan tidakmenghasilkan reduksi akan tetapi menambah gesekan pada kawat. Fungsi utama daerah bantalan adalah dimungkinkannya permukaan halus tanpa perubahan kondisinya. Cetakan keluar tirus belakang (back relief) memungkinkan bahan mengembang sedikit sewaktu kawat keluar dari cetakan. Gerakan juga akan berulang andaikan penarikan terhenti atau cetaan tidak terbaris. Pada saat ini sebagian besar poci tarik dibuat dari karbida tungsten atau intan (dienib)terletakpada kedudukanbaja yang tebal. Secara skematis proses Wire Drawing dan bentik dies dapat digambarkan sebagai berikut

Gambar 1.5. Skematik Mesin Tarik

Gambar 1.6. Mesin Tarik

Tempatmasukcetakanberbentuksedemikianrupasehinggakawatsekaligus dapat masuk. Bentuklonceng meningkatkantekanan hidrostatis danmemindahkan aliran pelumas. Sudutdatang adalahbagian dari cetakan dimana menjadi reduksi diameter, sudut tengah cetakan merupakan parameter proses yang penting. Daerah bantalan tidak menghasilkan reduksi akan tetapi menambah gesekan pada kawat. Kawat bukan besi dan kawat baja karbon rendah, dihasilkan dalam sejumlah temperatureyang bervariasi dan sangat lunak hingga sangat keras dan dengan reduksi yang diinginkan. Kawat baja dengan kandungan lebih dari 0.25% mengalami perlakuan panas khusus yang disebut patenting proses ini terdiri pemanasan diatas temperatur kritis atas dan disusun dengan pendinginan pada laju pendinginan yang dikendalikan atau transformasi dalam bak timah hitam pada temperatur 600 derajat Fahrenheit agar membentuk perlit halus. Patenting menghasilkan kombinasi terbaik antara kekuatan dan keuletan untuk penarikan kawat hasil karbon tinggi dan kawat pegas yang baikcacat yang terjadi pada kawat dan batang dihasilkan oleh cacatpada mula (kampuh ,potongan-potongan atau cacat penarikan yang palingumum ialah pecah sentral atau cetakan cevron). Hal ini dinamakan cupping analisa batas atas dimana mampu mengindetifikasi kombinasi sudut setengah cetak dan reduksi. Jika terbentuk rongga di tengah, maka diperlukan energi deformasi yang lebih kecil. Analisis ini meramalkan bahwa, pecahan dipusat akan terjadi apabila sudut cetakan kecil pada laju reduksi kecil dan dengan bertambahnya pecahan, maka reduksi kritis untuk terbentuknya cacat pecah dipusat akan bertambah pula untukreduksi dan sudut cetakan yang tertentu maka reduksi kritis untuk mencegah terjadinya patahbertambahbesarterhadapgesekan. Walaupun penarikan kawat nampaknya proses pengerjaan logam yang paling sederhana, analisis yang lengkap yang menentukan gaya tarikkarena diameter kawat berkurang setelah melaluidies tertentu, kecepatan dan panjang kawatbertambah besar agar tidak terjadi slip antara kawat dan blok. Hal ini dapat dicapai bila kecepatan setiap blok tarik dikendalikan oleh motor energi dimana digunakan satu motor listrik untukmenjalankan kerucut bertingkat. Diameter setiap kerucut dirancang sederhana dan sedemikian rupa sehingga kecepatannya sebanding dengan reduksi penampang tertentu bila kecepatan kawat dankecepatan blok gulung tidak sewaktu danputaran menyebabkan terjadinya gesekan dan panas kecepatan tarik pada mesin cetakan ganda dapat mencapai600 m/menit untuk penarikan kawat besi ataubaja dan 2000 m/menit untuk kawat bukanbesi. Timbulnyapanas pada operasi tarik adalah suatu masalah umum meskipun penarikan batang atau kawatbiasanya dilakukan secara dingin. Deformasi plastis dan gesekan akan menaikkan temperaturekawathinggabeberapa ratus derajat celcius. Sebagiandari panastadi dilepaskanpada dan panas yang cukup diserap dicetakkan sedikit sekali. Fungsiutama daerahbantalan adalahmemungkinkandibersihkannyapermukaan konis tanpaperubahan dimensi cetakan luar. Tirus belakang memungkinkan bahan mengembangsedikit sewaktu kawat keluar dari cetakan.

Gambar 1.6. Skematik mesin wire drawing (penarikan kontinyu untuk pengecilan berulang)

1.3.1 Batas temperatur wire drawing/penarikan kawatPeningkatan temperatur pada penarikan kawat merupakan hal yang umum terjadi, meskipun penarikan batang kawat biasanya dilakukan pada kondisi dingin. Deformasi plastik dan gesekan akan menaikkan temperatur kawat hingga beberapa puluh derajat celcius. Sebagian panas akan dilepaskan pada pendingin blok dan dies. Namun, karena panas yang diserap blok dan cetakan relatif kecil, maka kenaikan temperatur menjadi relatif besar. Selama proses deformasi, temperatur kawat tidak boleh melebihi dari 160 celcius. Temperatur yang terlalu tinggi dapat merubah sifat-sifat metalurgi kawat.

1.3.2 Keberhasilan proses Wire DrawingBeberapa faktor yang mempengaruhi keberhasilan dari proses penarikan kawat/wire drawing bisa dibagi sebagai berikut :1. Material kawat.2. Geometri dies.3. Kontak antara kawat dengan dies.4. Spesifikasi produk yang dihasilkan.Keberhasilan penarikan kawat sangat ditentukan oleh variabel proses penarikannya. Dua variabel yang cukup berperan pada proses penarikan kawat adalah geometri die yang akan menentukan zona deformasi dan drafting design yang menentukan besarnya reduksi pada tiap-tiap blok reduksi. variabel-variabel ini dinyatakan dengan dengan delta factor. Hubungan antara besarnya reduksi tiap dies dan besarnya sudut reduksi dapat dilihat pada gambar di bawah ini :

Gambar 1.7. Hubungan Reduksi Area Dengan Sudut Reduksi Pada Proses Wire Drawing

Daerah operasi penarikan kawat terbagi menjadi 3 bagian.1. Penarikan kawat yang beroprasi pada daerah aman memiliki delta factor antara dua dan tiga. Operasi ini akan menghasilkan produk tanpa cacat.2. Operasi penarikan kawat dengan kondisi delta factor kurang dari pada dua berpotensi menimbilkan cacat pada permukaan kawat.3. Penarikan kawat yang beroprasi dengan delta factor lebih dari tiga cenderung menghasilkan kawat yang memiliki cacat center burst atau chevron.Cacat chevron dapat menyebabkan kawat putus saat proses drawing. Putus saat drawing ditandai dengan permukaan patahan kawat yang membentuk cup dan cone.

Gambar 1.7. Foto Makro Kawat Yang Putus Saat Drawing Dengan Bentuk Patahan Cup And Cone

1.4 Penarikan regang

DAFTAR ISI

UNEJ Mechanical Enginering . Pembentukan Logam 9 nov 2008 http://mesin08cuk.wordpress.com/kristalografi/pembentukan-logam/