pengenalan baja dan proses pembuatannya

SMK PGRI 1 NGAWI

Bahan Ajar 14.DKK.1 1

MENGENAL BAJA

(INTRODUCTION OF IRON)

A. SEJARAH BAJA

- Besi ditemukan digunakan pertama kali pada sekitar 1500 SM

- Tahun 1100 SM, Bangsa hittites yang merahasiakan pembuatan tersebut selama 400 tahun dikuasai

oleh bangsa asia barat, pada tahun tersebbut proses peleburan besi mulai diketahui secara luas.

- Tahun 1000 SM, bangsa yunani, mesir, jews, roma, carhaginians dan asiria juga mempelajari

peleburan dan menggunakan besi dalam kehidupannya.

- Tahun 800 SM, India berhasil membuat besi setelah di invansi oleh bangsa arya.

- Tahun 700 – 600 SM, Cina belajar membuat besi.

- Tahun 400 – 500 SM, baja sudah ditemukan penggunaannya di eropa.

- Tahun 250 SM bangsa India menemukan cara membuat baja

- Tahun 1000 M, baja dengan campuran unsur lain ditemukan pertama kali pada 1000 M pada

kekaisaran fatim yang disebut dengan baja damascus.

- 1300 M, rahasia pembuatan baja damaskus hilang.

- 1700 M, baja kembali diteliti penggunaan dan pembuatannya di eropa.

Bijih besi antara lain :

- Hematite ‐ Fe2O3 ‐ 70 % iron

- Magnetite ‐ Fe3O4 ‐ 72 % iron

- Limonite ‐ Fe2O3 + H2O ‐ 50 % to 66 % iron

- Siderite ‐ FeCO3 ‐ 48 % iron

Proses pemurnian besi sebagai berikut:

- Prinsip dasar : Menghilangkan kandungan oksigen dalam bijih besi.

- Cara tradisional : blomery, pada proses ini bijih besi dibakar dengan charcoal, dimana banyak

mengandung carbon sehingga terjadi pengikatan oksigen, pembakaran tersebut menghasilkan

karbondiokasida dan karbon monoksida yang terlepas ke udara, sehingga besi murni didapat dan

dikeluarkan dari dapur,kekurangnya tidak semua besi dapat melebur sehingga terbentuk spoge,

spoge berisi besi dan silica.

- Proses lebih modern adalah dengan blas furnace, blast furnace diisi oleh bijih besi, charcoal atau

coke (coke adalah charcoal yang terbuat dari coal) dan limestone (CaCO3). Angin secara kencang

dan kontinu ditiupkan dari bawah dapur. Hasil peluburan besi akan berada di bawah, cairan besi

yang keluar ditampung dan disebut dengan pig iron.

B. PROSES PEMBUATAN BAJA

Baja diproduksi didalam dapur pengolahan baja dari besi kasar baik padat maupun cair, besi

bekas ( Skrap ) dan beberapa paduan logam. Ada beberapa proses pembuatan baja antara lain :

1. Dapur tinggi

SMK PGRI 1 NGAWI


Dapur tinggi digunakan untuk mengolah biji‐biji besi kasar. Bahan yang digunakan biji besi, batu

kapur, bahan bakar dan udara panas. Hasil‐hasil dapur tinggi antara lain: besi kasar, terak, gas, buangan

(debu).

Diagram aliran logam adalah sebagai berikut:

2. Proses Konvertor

Terdiri dari satu tabung yang berbentuk bulat lonjong dengan menghadap ke samping.

Sistem kerja sebagai berikut:

- Dipanaskan dengan kokas sampai ± 1500 0C,

- Dimiringkan untuk memasukkan bahan baku baja. (± 1/8 dari volume konvertor)

- Kembali ditegakkan.

- Udara dengan tekanan 1,5 – 2 atm dihembuskan dari kompresor.

- Setelah 20‐25 menit konvertor dijungkirkan untuk mengelaurkan hasilnya.

Biji Besi Dapur tinggi Besi Kasar

- Conventor - Open Hearth

Furnace - Electric Arc

Furnace

SMK PGRI 1 NGAWI


a. Proses Bassemer (asam)

lapisan bagian dalam terbuat dari batu tahan api yang mengandung kwarsa asam atau aksid

asam (SiO2), Bahan yang diolah besi kasar kelabu cair, CaO tidak ditambahkan sebab dapat bereaksi

dengan SiO2, SiO2 + CaO CaSiO3

b. Proses Thomas (Basa)

Lapisan dinding bagian dalam terbuat dari batu tahan api bisa atau dolomit [ kalsium karbonat

dan magnesium (CaCO3 + MgCO3)], besi yang diolah besi kasar putih yang mengandung P antara 1,7 – 2

%, Mn 1 – 2 % dan Si 0,6‐0,8 %. Setelah unsur Mn dan Si terbakar, P membentuk oksida phospor (P2O5),

untuk mengeluarkan besi cair ditambahkan zat kapur (CaO),

3 CaO + P2O5 Ca3(PO4)2 (terak cair)

3. Proses Siemens Martin

Menggunakan sistem regenerator (± 3000 0C.) fungsi dari regenerator adalah :

a. memanaskan gas dan udara atau menambah temperatur dapur

b. sebagai Fundamen/ landasan dapur

c. menghemat pemakaian tempat

Bisa digunakan baik besi kelabu maupun putih,

- Besi kelabu dinding dalamnya dilapisi batu silika (SiO2),

- besi putih dilapisi dengan batu dolomit (40 % MgCO3 + 60 % CaCO3)

SMK PGRI 1 NGAWI


4. Proses Basic Oxygen Furnace

- logam cair dimasukkan ke ruang bakar (dimiringkan lalu ditegakkan)

- Oksigen (± 1000) ditiupkan lewat Oxygen Lance ke ruang bakar dengan kecepatan tinggi. (55 m3

(99,5 %O2) tiap satu ton muatan) dengan tekanan 1400 kN/m2.

- ditambahkan bubuk kapur (CaO) untuk menurunkan kadar P dan S.

Keuntungan dari BOF adalah:

- BOF menggunakan O2 murni tanpa Nitrogen

- Proses hanya lebih‐kurang 50 menit.

- Tidak perlu tuyer di bagian bawah

- Phosphor dan Sulfur dapat terusir dulu daripada karbon

- Biaya operasi murah

5. Proses Dapur Listrik

Temperatur tinggi dengan menggunkan busur cahaya electrode dan induksi listrik. Proses ini

mempunyai keuntungan :

- Mudah mencapai temperatur tinggi dalam waktu singkat

- Temperatur dapat diatur

- Efisiensi termis dapur tinggi

- Cairan besi terlindungi dari kotoran dan pengaruh lingkungan sehingga kualitasnya baik

- Kerugian akibat penguapan sangat kecil

SMK PGRI 1 NGAWI


6. Proses Dapur Kopula

Mengolah besi kasar kelabu dan besi bekas menjadi baja atau besi tuang. Proses pada dapur ini

adalah:

- pemanasan pendahuluan agar bebas dari uap cair.

- Bahan bakar(arang kayu dan kokas) dinyalakan selama ± 15 jam.

- kokas dan udara dihembuskan dengan kecepatan rendah hingga kokas mencapai 700 – 800 mm dari

dasar tungku.

- besi kasar dan baja bekas kira‐kira 10 – 15 % ton/jam dimasukkan.

- 15 menit baja cair dikeluarkan dari lubang pengeluaran.

Untuk membentuk terak dan menurunkan kadar P dan S ditambahkan batu kapur (CaCO3) dan

akan terurai menjadi:

3 2CaCO CaO CO→ +

2CO akan bereaksi dengan karbon:

2 2CO C CO+ →

Gas CO yang dikeluarkan melalui cerobong, panasnya dapat dimanfaatkan untuk pembangkit

mesin‐mesin lain.

SMK PGRI 1 NGAWI


7. Proses Dapur Cawan

- Proses kerja dapur cawan dimulai dengan memasukkan baja bekas dan besi kasar dalam cawan,

- kemudian dapur ditutup rapat.

- Kemudian dimasukkan gas‐gas panas yang memanaskan sekeliling cawan dan muatan dalam cawan

akan mencair.

- Baja cair tersebut siap dituang untuk dijadikan baja‐baja istimewa dengan menambahkan unsur‐

unsur paduan yang diperlukan

SMK PGRI 1 NGAWI


C. KLASIFIKASI BAJA

1. Menurut Komposisi Kimia

a. Baja karbon (carbon steel) kadar 0,05 % ‐ 0,30% C , dibagi menjadi tiga yaitu;

1) Baja karbon rendah (low carbon steel) machine, machinery dan mild steel

Sifatnya mudah ditempa dan mudah di mesin. Penggunaannya:

- 0,05 % ‐ 0,20 % C : automobile bodies, buildings, pipes, chains, rivets, screws, nails.

- 0,20 % ‐ 0,30 % C : gears, shafts, bolts, forgings, bridges, buildings.

2) Baja karbon menengah (medium carbon steel)

- Kekuatan lebih tinggi daripada baja karbon rendah.

- Sifatnya sulit untuk dibengkokkan, dilas, dipotong.

- Penggunaan:

0,30 % ‐ 0,40 % C : connecting rods, crank pins, axles.

0,40 % ‐ 0,50 % C : car axles, crankshafts, rails, boilers, auger bits, screwdrivers.

0,50 % ‐ 0,60 % C : hammers dan sledges.

3) Baja karbon tinggi (high carbon steel) tool steel

- Sifatnya sulit dibengkokkan, dilas dan dipotong. Kandungan 0,60 % ‐ 1,50 % C

- Penggunaan:screw drivers, blacksmiths hummers, tables knives, screws, hammers, vise

jaws, knives, drills. tools for turning brass and wood, reamers, tools for turning hard

metals, saws for cutting steel, wire drawing dies, fine cutters.

b. Baja paduan (alloy steel)

Tujuan dilakukan penambahan unsur yaitu:

- Untuk menaikkan sifat mekanik baja (kekerasan, keliatan, kekuatan tarik dan sebagainya)

- Untuk menaikkan sifat mekanik pada temperatur rendah

- Untuk meningkatkan daya tahan terhadap reaksi kimia (oksidasi dan reduksi)

- Untuk membuat sifat‐sifat spesial

Baja paduan yang diklasifikasikan menurut kadar karbonnya dibagi menjadi:

- Low alloy steel, jika elemen paduannya ≤ 2,5 %

- Medium alloy steel, jika elemen paduannya 2,5 – 10 %

- High alloy steel, jika elemen paduannya > 10 %

Selain itu baja paduan dibagi menjadi dua golongan yaitu baja campuran khusus (special alloy

steel) dan high speed steel.

- Baja Paduan Khusus (special alloy steel)

Baja jenis ini mengandung satu atau lebih logam‐logam seperti nikel, chromium,

manganese, molybdenum, tungsten dan vanadium. Dengan menambahkan logam tersebut

ke dalam baja maka baja paduan tersebut akan merubah sifat‐sifat mekanik dan kimianya

seperti menjadi lebih keras, kuat dan ulet bila dibandingkan terhadap baja karbon (carbon

steel).

- High Speed Steel (HSS) Self Hardening Steel

Kandungan karbon : 0,70 % ‐ 1,50 %. Penggunaan membuat alat‐alat potong seperti drills,

reamers, countersinks, lathe tool bits dan milling cutters. Disebut High Speed Steel karena

SMK PGRI 1 NGAWI


alat potong yang dibuat dengan material tersebut dapat dioperasikan dua kali lebih cepat

dibanding dengan carbon steel. Sedangkan harga dari HSS besarnya dua sampai empat kali

daripada carbon steel.

2. Baja Paduan dengan Sifat Khusus

a. Baja Tahan Karat (Stainless Steel)

Sifatnya antara lain:

- Memiliki daya tahan yang baik terhadap panas, karat dan goresan/gesekan

- Tahan temperature rendah maupun tinggi

- Memiliki kekuatan besar dengan massa yang kecil

- Keras, liat, densitasnya besar dan permukaannya tahan aus

- Tahan terhadap oksidasi

- Kuat dan dapat ditempa

- Mudah dibersihkan

- Mengkilat dan tampak menarik

b. High Strength Low Alloy Steel (HSLS)

Sifat dari HSLA adalah memiliki tensile strength yang tinggi, anti bocor, tahan terhadap abrasi,

mudah dibentuk, tahan terhadap korosi, ulet, sifat mampu mesin yang baik dan sifat mampu las

yang tinggi (weldability). Untuk mendapatkan sifat‐sifat di atas maka baja ini diproses secara

khusus dengan menambahkan unsur‐unsur seperti: tembaga (Cu), nikel (Ni), Chromium (Cr),

Molybdenum (Mo), Vanadium (Va) dan Columbium.

c. Baja Perkakas (Tool Steel)

Sifat‐sifat yang harus dimiliki oleh baja perkakas adalah tahan pakai, tajam atau mudah diasah,

tahan panas, kuat dan ulet.

Kelompok dari tool steel berdasarkan unsur paduan dan proses pengerjaan panas yang

diberikan antara lain:

- Later hardening atau carbon tool steel (ditandai dengan tipe W oleh AISI), Shock resisting

(Tipe S), memiliki sifat kuat dan ulet dan tahan terhadap beban kejut dan repeat loading.

Banyak dipakai untuk pahat, palu dan pisau.

- Cool work tool steel, diperoleh dengan proses hardening dengan pendinginan yang berbeda‐

beda. Tipe O dijelaskan dengan mendinginkan pada minyak sedangkan tipe A dan D

didinginkan di udara.

- Hot Work Steel (tipe H), mula‐mula dipanaskan hingga (300 – 500) ºC dan didinginkan

perlahan‐lahan, karena baja ini banyak mengandung tungsten dan molybdenum sehingga

sifatnya keras.

- High speed steel (tipe T dan M), merupakan hasil paduan baja dengan tungsten dan

molybdenum tanpa dilunakkan. Dengan sifatnya yang tidak mudah tumpul dan tahan panas

tetapi tidak tahan kejut.

- Campuran carbon‐tungsten (tipe F), sifatnya adalah keras tapi tidak tahan aus dan tidak

cocok untuk beban dinamis serta untuk pemakaian pada temperatur tinggi.

3

d

1

2

3

4

5

1

2

3

D

3. Klasifik

a. Me

-

-

b. Baj

-

-

-

-

-

-

-

-

Den

diperoleh li

1. Baja ka

2. Baja ka

3. Baja pa

4. Baja pa

5. Baja ko

Sela

1. Baja ku

2. Baja ku

3. Baja ku

D. Standa

kasi lain an

enurut pen

Baja kons

Baja perk

ja dengan

Baja taha

Baja taha

Baja tanp

Electric st

Magnetic

Non mag

Baja taha

Baja taha

ngan meng

ima kelom

rbon kons

rbon perka

aduan kons

aduan perk

onstruksi p

ain itu baja

ualitas bias

ualitas baik

ualitas tingg

ard AISI d

ntara lain :

nggunaann

struksi (str

kakas (tool

sifat fisik d

an garam (a

an panas (h

pa sisik (no

teel

c steel

gnetic steel

an pakai (w

an karat/ko

gkombinas

pok baja y

truksi (car

akas (carb

struksi (All

kakas (Alloy

aduan ting

a juga dikla

a

k

gi

an SAE

nya:

ructural ste

steel), me

dan kimia

acid‐resisti

heat resista

n scaling s

l

wear resisti

orosi

sikan dua

yaitu:

rbon struct

on tool ste

oyed struc

yed tool st

ggi (Highly

asifisikan m

eel), menga

engandung

khusus:

ing steel)

ant steel)

steel)

ing steel)

klasifikasi

tural steel)

eel)

ctural steel

teel)

alloy struc

menurut ku

andung ka

g karbon le

baja men

l)

ctural steel

ualitas:

rbon kuran

bih dari 0,

nurut kegu

l)

ng dari 0,7

7 % C.

naan dan

SM

Bahan Aj

7 % C.

komposis

K PGRI 1 NGA

jar 14.DKK.1

i kimia ma

AWI

9

aka

SMK PGRI 1 NGAWI


HARDENING PADA BAJA KARBON TINGGI

(HARDENING IN HIGH CARBON STEEL)

Bahan‐bahan pada saat sekarang khususnya logam semakin baik dan rumit, digunakan pada

peralatan modern yang memerlukan bahan dengan kekuatan impak dan ketahanan fatigue yang tinggi

disebabkan meningkatnya kecepatan putar dan pergerakan linear serta peningkatan frekwensi

pembebanan pada komponen. Untuk mendapatkan kekuatan dari bahan tersebut dapat dilakukan

dengan proses perlakuan panas. Perlakuan panas adalah suatu proses pemanasan dan pendinginan

logam dalam keadaan padat untuk mengubah sifat‐sifat fisis logam tersebut. Melalui perlakuan panas

yang tepat, tegangan dalam dapat dihilangkan, besar butiran dapat diperbesar atau diperkecil,

ketangguhan dapat ditingkatkan atau dapat dihasilkan suatu permukaan yang keras disekeliling inti yang

ulet.

Besi dan baja mempunyai kandungan unsur utama yang sama yaitu Fe, hanya kadar karbon lah

yang membedakan besi dan baja, penggunaan besi dan baja dewasa ini sangat luas mulai dari perlatan

yang sepele seperti jarum, peniti sampai dengan alat – alat dan mesin berat.

Kekerasan didefinisikan sebagai ketahanan sebuah benda (benda kerja) terhadap

penetrasi/daya tembus dari bahan lain yang kebih keras penetrator). Kekerasan meru‐pakan suatu sifat

dari bahan yang sebagian besar dipengaruhi oleh un‐sur‐unsur paduannya dan kekerasan suatu bahan

tersebut dapat berubah bila dikerjakan dengan cold worked seperti pengerolan, penarikan, pemakanan

dan lain‐lain serta kekerasan dapat dicapai sesuai kebutuhan dengan perlakuan panas.

Faktor‐faktor yang mempengaruhi hasil kekerasan dalam perlakuan panas antara lain; Komposisi

kimia, Langkah Perlakuan Panas, Cairan Pendinginan, Temperatur Pemanasan, dan lain‐lain Proses

hardening cukup banyak dipakai di Industri logam atau bengkel‐bengkel logam lainnya.Alat‐alat

permesinan atau komponen mesin banyak yang harus dikeraskan supaya tahan terhadap tusukan atau

tekanan dan gesekan dari logam lain, misalnya roda gigi, poros‐poros dan lain‐lain yang banyak dipakai

pada benda bergerak. Dalam kegiatan produksi, waktu yang dibutuhkan untuk menyelesaikan suatu

produksi adalah merupakan masalah yang sangat sering dipertimbangkan dalam Industri dan selalu

dicari upaya‐upaya untuk mengoptimalkannya. Pengoptimalan ini dilakukan mengingat bahwa waktu

(lamanya)

menyelesaikan suatu produk adalah berpengaruh besar terhadap biaya produksi.

Hardening dilakukan untuk memperoleh sifat tahan aus yang tinggi, kekuatan dan fatigue limit/ strength

yang lebih baik. Kekerasan yang dapat dicapai tergantung pada kadar karbon dalam baja dan kekerasan

yang terjadi akan tergantung pada temperatur pemanasan (temperatur autenitising), holding time dan

laju pendinginan yang dilakukan serta seberapa tebal bagian penampang yang menjadi keras banyak

tergantung pada hardenability.

Langkah‐langkah proses hardening adalah sebagai berikut :

1. melakukan pemanasan (heating) untuk baja karbon tinggi 200‐300 diatas Ac‐1 pada diagram Fe‐

Fe3C, misalnya pemanasan sampai suhu 8500, tujuanya adalah untuk mendapatkan struktur

Austenite, yang salah sifat Austenite adalah tidak stabil pada suhu di bawah Ac‐1,sehingga dapat

ditentukan struktur yang diinginkan. Dibawah ini diagram Fe‐Fe3C dibawah ini :

SMK PGRI 1 NGAWI


Gambar : diagram keseimbangan Fe‐Fe3C

2. Penahanan suhu (holding), Holding time dilakukan untuk mendapatkan kekerasan maksimum dari

suatu bahan pada proses hardening dengan menahan pada temperatur pengerasan untuk

memperoleh pemanasan yang homogen sehingga struktur austenitnya homogen atau terjadi

kelarutan karbida ke dalam austenit dan diffusi karbon dan unsur paduannya. Pedoman untuk

menentukan holding time dari berbagai jenis baja:

- Baja Konstruksi dari Baja Karbon dan Baja Paduan Rendah Yang mengandung karbida yang

mudah larut, diperlukan holding time yang singkat, 5 ‐ 15 menit setelah mencapai temperatur

pemanasannya dianggap sudah memadai.

- Baja Konstruksi dari Baja Paduan Menengah Dianjurkan menggunakan holding time 15 ‐25

menit, tidak tergantung ukuran benda kerja.

- Low Alloy Tool Steel Memerlukan holding time yang tepat, agar kekerasan yang diinginkan dapat

tercapai. Dianjurkan menggunakan 0,5 menit per milimeter tebal benda, atau 10 sampai 30

menit.

- High Alloy Chrome Steel Membutuhkan holding time yang paling panjang di antara semua baja

perkakas, juga tergantung pada temperatur pema‐nasannya. Juga diperlukan kom‐binasi

temperatur dan holding time yang tepat. Biasanya dianjurkan menggunakan 0,5 menit

permilimeter tebal benda dengan minimum 10 menit, maksimum 1 jam.

- Hot‐Work Tool Steel Mengandung karbida yang sulit larut, baru akan larut pada 10000 C. Pada

temperatur ini kemungkinan terjadinya pertumbuhan butir sangat besar, karena itu holding

time harus dibatasi, 15‐30 menit. High Speed Steel Memerlukan temperatur pemanasan yang

sangat tinggi, 1200‐13000C.Untuk mencegah terjadinya pertumbuhan butir holding time diambil

hanya beberapa menit saja.

SMK PGRI 1 NGAWI


Misalkan kita ambil waktu holding adalah selama 15 menit pada suhu 8500 .

3. Pendinginan. Untuk proses Hardening kita melakukan pendinginan secara cepat dengan

menggunakan media air. Tujuanya adalah untuk mendapatkan struktur martensite, semakin banyak

unsur karbon,maka struktur martensite yang terbentuk juga akan semakin banyak. Karena

martensite terbentuk dari fase Austenite yang didinginkan secara cepat. Hal ini disebabkan karena

atom karbon tidak sempat berdifusi keluar dan terjebak dalam struktur kristal dan membentuk

struktur tetragonal yang ruang kosong antar atomnya kecil,sehingga kekerasanya meningkat.

Gambar : kurva pendinginan pada diagram TTT (time‐temperature‐transformation)

Dari diagaram pendinginan diatas dapat dilihat bahwa dengan pendinginan cepat (kurva 6) akan

menghasilkan struktur martensite karena garis pendinginan lebih cepat daripada kurva 7 yang

merupakan laju pendinginan kritis (critical cooling rate) yang nantinya akan tetap terbentuk fase

austenite (unstable). Sedangkan pada kurva 6 lebih cepat daripada kurva 7,sehingga terbentuk struktur

martensite yang kekerasanya berkisar antara 600 BHN‐750 BHN, tetapi bersifat rapuh karena tegangan

dalam yang besar.

Jadi dapat disimpulkan bahwa dengan proses hardening pada baja karbon tinggi akan

meningkatkan kekerasanya. Dengan meningkatnya kekerasan, maka efeknya terhadap kekuatan adalah

sebagai berikut :

SMK PGRI 1 NGAWI


- Kekuatan impact (impact strength) akan turun karena dengan meningkatnya kekerasan, maka

tegangan dalamnya akan meningkat. Karena pada pengujian impact beban yang bekerja adalah

beban geser dalam satu arah , maka tegangan dalam akan mengurangi kekuatan impact.

- Kekuatan tarik (tensile sterngth) akan meningkat. Hal ini disebabkan karena pada pengujian tarik

beban yang bekerja adalah secara aksial yang berlawanan dengan arah dari tegangan dalam,

sehingga dengan naiknya kekerasan akan meningkatkan kekuatan tarik dari suatu material.

M

D

D

b

m

p

2

D

D

b

k

S

d

u

m

k

A

d

b

s

S

G

P

y

o

d

Mengenal P

Definisi Dra

Deep Draw

bentuk pad

menurut P.

proses pem

2001 : 88)

Deep Draw

Deep draw

beberapa a

ketinggian y

elain itu t

drawing, p

untuk mem

memberika

kawat.

Artikel ini a

dalam artik

bahan dasa

edangkan

umber : D

Gambar 1 :

Proses Dra

Pro

yang disebu

oleh punch

dari sheet

(IN

Proses Dee

awing

wing atau b

da umumn

.CO Sharm

mbentukan

wing dan D

wing dan

ahli yang

yang lebih

terdapat p

roses ters

mbedakan

an istilah ya

akan meng

kel ini adala

ar dari pro

produk da

. Eugene O

Blank dan

wing

oses drawi

ut dengan

sebagai p

metal ada

MEN

NTRODU

ep Drawin

biasa diseb

nya berupa

ma seorang

n logam da

rawing

drawing p

membeda

besar diba

proses pra

sebut beru

kedua pro

ang lebih k

genalkan l

ah proses d

oses draw

ari hasil pr

Ostergaard

n draw piec

ng dilakuk

blank seh

penekan da

alah lemba

NGENA

UCTION

ng

but drawin

a silinder

professor

ari lembara

pada intin

kan denga

andingkan

aduksi yan

upa penar

oses terseb

khusus. Ya

lebih lanju

drawing ya

wing adalah

roses draw

d ;1967 : 13

ce

kan dengan

ingga terja

an die seba

aran logam

L PROS

N TO DE

ng adalah s

dan selalu

r productio

an logam k

nya merup

an indek

dengan dr

ng berbed

ikan, sepe

but (penar

itu rod dra

ut tentang

ang memp

h lembara

wing disebu

31

n menekan

adi perega

agai penah

m dengan

SES DEE

EEP DRA

salah satu

u mempun

on technol

ke dalam b

pakan satu

ketinggian

rawing.

a dengan

erti pada p

rikan dan

awing atau

proses dr

punyai kesa

an logam (

ut dengan d

n material

ngan men

han benda

ketebalan

EP DRAW

AWING

jenis pros

nyai kedala

ogy drawi

bentuk tab

u jenis pr

n, proses d

proses dr

pembuata

pembuata

u wire dra

rawing, pr

amaan arti

(sheet me

draw piece

benda ke

gikuti ben

kerja saat

maksimal

WING

G PROCE

ses pembe

aman terte

ng adalah

bung (hallo

roses prod

deep draw

rawing te

n beberap

an bentuk

wing untu

oses draw

i dengan d

tal) yang

e, (gambar

rja yang b

tuk dies, b

t di tekan

6 mm, l

SM

Bahan Aja

ESS)

entukan lo

entu, seda

Proses dra

ow shape)

duksi nam

wing mem

tapi juga

pa jenis be

silinder) b

uk proses p

wing yang

deep drawin

disebut d

r 1)

berupa lem

bentuk akh

oleh punch

embaran

K PGRI 1 NGA

ar 14.DKK.1

gam, dima

angkan def

awing ada

(P.C. Shar

mun terda

punyai ind

diberi isti

entuk kaw

beberapa a

pembentuk

dimaksudk

ng

engan bla

mbaran log

hir ditentuk

h. pengert

logam (sh

AWI

14

ana

fiisi

lah

rma

pat

dek

ilah

wat,

ahli

kan

kan

ank,

am

kan

tian

eet

SMK PGRI 1 NGAWI


metal) di pasaran dijual dalam bentuk lembaran dan gulungan. Terdapat berbegai tipe dari lembaran

logam yang digunakan, pemilihan dari jenis lembaran tersebut tergantung dari :

- Strain rate yang diperlukan

- Benda yang akan dibuat

- Material yang diingginkan

- Ketebalan benda yang akan dibuat

- Kedalaman benda

Pada umumnya berbebagai jenis material logam dalam bentuk lembaran dapat digunakan untuk proses

drawing seperti stainless stell, alumunium, tembaga, perak, emas, baja. Maupun titanium. Gambaran

lengkap proses drawing dapat dilihat pada gambar 2

Sumber : D. Eugene Ostergaard ;1967 : 128

Gambar : Proses drawing

Kontak Awal

Pada gambar 2.A, punch bergerak dari atas ke bawah, blank dipegang oleh nest agar tidak

bergeser ke samping, kontak awal terjadi ketika bagian‐bagian dari die set saling menyentuh lembaran

logam (blank) saat kontak awal terjadi belum terjadi gaya‐gaya dan gesekan dalam proses drawing.

Bending

Selanjutnya lembaran logam mengalami proses bending seperti pada gambar 2. B, punch terus

menekan kebawah sehingga posisi punch lebih dalam melebihi jari‐jari (R) dari die, sedangkan posisi die

tetap tidak bergerak ataupun berpindah tempat, kombinasi gaya tekan dari punch dan gaya penahan

dari die menyebabkan material mengalami peregangan sepanjang jari‐jari die, sedangkan daerah terluar

dari blank mengalami kompresi arah radial. Bending merupakan proses pertama yang terjadi pada

rangkaian pembentukan proses drawing, keberhasilan proses bending ditentukan oleh aliran material

saat proses terjadi.

Straightening

Saat punch sudah melewati radius die, gerakan punch ke bawah akan menghasilkan pelurusan

sepanjang dinding die ( gambar 2. C ), lembaran logam akan mengalami peregangan sepanjang dinding

d

s

C

m

c

T

b

p

K

lo

k

p

te

h

S

G

die. Dari p

esuai deng

Compressio

Pro

mengikuti

ompressio

Tension

Teg

bagian yang

proses tera

Komponen

Pro

ogam lain,

ketinggian

pembentuk

ergantung

hasil drawin

umber : D

Gambar 3 :

Dal

1. pun

2. bla

proses pelu

gan bentuk

on

oses comp

gerakan d

on arah rad

gangan tar

g paling m

khir pada

Utama Di

oses drawi

, yaitu pa

tertentu,

kan berart

dari desa

ng.

. Eugene O

Beberapa

lam satu u

nch

nkholder

urusan se

k die dan p

pression te

dari punch

dial mengik

rik terbesa

mudah men

proses dra

ie Set

ing memp

da umum

sehingga

i adalah p

ain die dan

Ostergaard

macam be

nit die set

panjang d

punch.

erjadi ketik

, daerah

kuti bentuk

r terjadi p

ngalami ca

awing.

punyai kar

nya produ

die yang

roses non

n punch, g

d ;1967 : 12

entuk draw

terdapat k

dinding die

ka punch

blank yan

k dari die.

pada bagian

acat sobek

rateristik

uk yang d

g digunaka

cutting lo

gambar 2.4

27

w piece

komponen

e diharapk

bergerak

g masih b

n bawah c

k (tore), pe

khusus di

ihasilkan m

an dalam

gam. Prod

4 menunju

n utama ya

kan mamp

kebawah,

berada pad

cup produk

embentuka

bandingka

memiliki b

juga mem

duk yang d

ukkan beb

itu :

pu mengha

akibatnya

da blankh

k hasil dra

an bagian

n dengan

bentuk tab

mpunyai b

dihasilkan d

berapa jen

SM

Bahan Aja

asilkan be

a blank te

holder akan

wing, bagi

bawah cup

proses p

bung yang

bentuk kh

dari drawi

is produk

K PGRI 1 NGA

ar 14.DKK.1

entuk silind

ertarik un

n mengala

ian ini ada

p merupak

pembentuk

g mempun

husus, pro

ing bervar

(draw pie

AWI

16

der

tuk

ami

lah

kan

kan

nyai

ses

iasi

ece)

SMK PGRI 1 NGAWI


3. die

sedangkan komponen lainya merupakan komponen tambahan tergantung dari jenis die yang dipakai.

Bentuk dan posisi dari komponen utama tersebut dapat dilihat pada gambar 4

Sumber : http://www.thefabricator.com/

Gambar : Bagian Utama Die Drawing

Blankholder

Berfungsi memegang blank atau benda kerja berupa lembaran logam, pada gambar diatas

blankholder berada diatas benda kerja, walaupun berfungsi untuk memegang benda kerja, benda kerja

harus tetap dapat bergerak saat proses drawing dilakukan sebab saat proses drawing berlangsung

benda kerja yang dijepit oleh blankholder akan bergerak ke arah pusat sesuai dengan bentuk dari die

drawing. Sebagian jenis blankholder diganti dengan nest yang mempunyai fungsi hampir sama, bentuk

nest berupa lingkaran yang terdapat lubang didalamnya, lubang tersebut sebagai tempat peletakan dari

benda kerja agar tidak bergeser ke samping.

Punch

Punch merupakan bagian yang bergerak ke bawah untuk meneruskan gaya dari sumber tenaga

sehingga blank tertekan ke bawah, bentuk punch disesuaikan dengan bentuk akhir yang diiginkan dari

proses drawing, letak punch pada gambar 2. berada di atas blank, posisi dari punch sebenarnya tidak

selalu diatas tergantung dari jenis die drawing yang digunakan.

Die

Merupakan komponen utama yang berperan dalam menentukan bentuk akhir dari benda kerja drawing

(draw piece), bentuk dan ukuran die bervariasi sesuai dengan bentuk akhir yang diinginkan, kontruksi die

harus mampu menahan gerakan, gaya geser serta gaya punch. Pada die terdapat radius tertentu yang

berfungsi mempermudah reduksi benda saat proses berlangsung, lebih jauh lagi dengan adanya jari‐jari

diharapakan tidak terjadi sobek pada material yang akan di drawing.

Variabel Proses Drawing

Terdapat beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam melakukan proses drawing, variabel yang

mempengaruhi proses drawing antara lain :

1. Gesekan

SMK PGRI 1 NGAWI


Saat proses drawing berlangsung gesekan terjadi antara permukaan punch, dies drawing dengan

blank, gesekan akan mempengaruhi hasil dari produk yang dihasilkan sekaligus mempengaruhi besarnya

gaya yang dibutuhkan untuk proses pembentukan drawing, semakin besar gaya gesek maka gaya untuk

proses drawing juga meningkat, beberapa faktor yang mempengaruhi gesekan antara lain :

• Pelumasan

proses pelumasan adalah salah satu cara mengontrol kondisi lapisan tribologi pada proses drawing,

dengan pelumasan diharapkan mampu menurunkan koefisien gesek permukaan material yang

bersinggungan.

• Gaya Blank Holder

Gaya blank holder yang tinggi akan meningkatkan gesekan yang terjadi, bila gaya blank holder terlalu

tinggi dapat mengakibatkan aliran material tidak sempurna sehingga produk dapat mengalami cacat.

• Kekasaran Permukaan Blank

Kekasaran permukaan blank mempengaruhi besarnya gesekan yang terjadi, semakin kasar permukaan

blank maka gesekan yang terjadi juga semakin besar. Hal ini disebabkan kofisien gesek yang terjadi

semakin besar seiring dengan peningkatan kekasaran permukaan.

• Kekasaran Permukaan punch, die dan blank holder

Seperti halnya permukaan blank semakin kasar permukaan punch, die dan blank holder koefisien gesek

yang dihasilkan semakin besar sehingga gesekan yang terjadi juga semakin besar.

2. Bending dan straightening

Pada proses drawing setelah blank holder dan punch menempel pada permukaan blank saat

kondisi blank masih lurus selanjutnya terjadi proses pembengkokan material (bending) dan pelurusan

sheet sepanjang sisi samping dalam dies (straightening). Variabel yang mempengaruhi proses ini adalah :

• Radius Punch

Radius punch disesuaikan dengan besarnya radius die, radius punch yang tajam akan memperbesar gaya

bending yang dibutuhkan untuk proses drawing.

• Radius Die

Radius die disesuaikan dengan produk yang pada nantinya akan dihasilkan, radius die berpengaruh

terhadap gaya pembentukan, bila besarnya radius die mendekati besarnya tebal lembaran logam maka

gaya bending yang terjadi semakin kecil sebaliknya apabila besarnya radius die semakin meningkat maka

gaya bending yang terjadi semakin besar.

3 Penekanan

Proses penekanan terjadi setelah proses straghtening, proses ini merupakan proses terakhir

yang menetukan bentuk dari bagian bawah produk drawing, besarnya gaya tekan yang dilakukan

dipengaruhi oleh :

• Drawability

Drawability adalah kemampuan bahan untuk dilakukan proses drawing, sedangkan nilainya ditentukan

oleh Limiting drawing ratio ( maksβ ), batas maksimum maksβ adalah batas dimana bila material

mengalami proses penarikan dan melebihi nilai limit akan terjadi cacat sobek (craking).

• Keuletan logam

SMK PGRI 1 NGAWI


Semakin ulet lembaran logam blank semakin besar kemampuan blank untuk dibentuk ke dalam bentuk

yang beranekaragam dan tidak mudah terjadi sobek pada saat proses penekanan, keuletan logam yang

kecil mengakibatkan blank mudah sobek

• Tegangan Maksimum material

Material blank yang mempunyai tegangan maksimum besar mempunyai kekuatan menahan tegangan

yang lebih besar sehingga produk tidak mudah mengalami cacat, material dengan tegangan maksimum

kecil mudah cacat seperti sobek dan berkerut.

• Ketebalan Blank

Ketebalan blank mempengaruhi besar dari gaya penekanan yang dibutuhkan, semakin tebal blank akan

dibutuhkan gaya penekanan yang besar sebaliknya bila blank semakin tipis maka dibutuhkan gaya yang

kecil untuk menekan blank.

• Temperatur

Dengan naiknya temperatur akan dibutuhkan gaya penekanan yang kecil hal ini disebabkan kondisi

material yang ikatan butirannya semakin meregang sehingga material mudah untuk dilakukan

deformasi.

4. Diameter blank

Diemeter blank tergantung dari bentuk produk yang akan dibuat, apabila material kurang dari

kebutuhan dapat menyebabkan bentuk produk tidak sesuai dengan yang diinginkan, namun bila

material blank terlalu berlebih dari kebutuhan dapat menyebabkan terjadinya cacat pada produk seperti

kerutan pada pinggiran serta sobek pada daerah yang mengalami bending.

5. Kelonggaran

Kelonggoran atau cleaerence adalah celah antara punch dan die untuk memudahkan gerakan

lembaran logam saat proses drawing berlangsung.

Untuk memudahkan gerakan lembaran logam pada waktu proses drawing, maka besar clearence

tersebut 7 % ‐ 20 % lebih besar dari tebal lembaran logam, bila celah die terlalu kecil atau kurang dari

tebal lembaran logam, lembaran logam dapat mengalami penipisan (ironing) dan bila besar clearence

melebihi toleransi 20 % dapat mengakibatkan terjadinya kerutan. (Donaldson,1986:73)

6. Strain Ratio

Strain ratio adalah ketahanan lembaran logam untuk mengalami peregangan, bila lembaran

memiliki perbandingan regangan yang tinggi maka kemungkinan terjadinya sobekan akan lebih kecil.

7. Kecepatan Drawing

Die drawing jenis punch berada diatas dengan nest dapat diberi kecepatan yang lebih tinggi

dibandingkan jenis die yang menggunakan blank holder, kecepatan yang tidak sesuai dapat

menyebabkan retak bahkan sobek pada material, masing – masing jenis material mempunyai

karateristik berbeda sehingga kecepatan maksimal masing – masing material juga berbeda. Tabel

berikut adalah kecepatan maksimal beberapa jenis material yang biasa digunakan untuk sheet metal

drawing.

Tabel 2.1 : Jenis material dan kecepatan maksimal draw dies

Material Kecepatan

Alumunium 0,762 m/s

SMK PGRI 1 NGAWI


Brass 1,02 m/s

Copper 0,762 m/s

Steel 0,279 m/s

Steel, stainless 0,203 m/s

Sumber : D. Eugene Ostergaard ;1967 : 131

SUMBER PUSTAKA

Eugene, D, Ostergaard ;1967; Advanced Die Making; Prentice Hall; New Jersey.

harma, P.C.; 2002; A Textbook of Production Engineering; S. Chand & Company

Ltd, New Delhi.

http://www.teledometalspinning.com : September 2005

http://www.thefabricator.com : September 2005

http://gnatchung.tripod.com; September 2005

pengenalan baja dan proses pembuatannya

Documents