proses manufaktur dan pemilihan materials

460
03/07/98 1 1 Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia DTM FTUI Dr. Ir. Gandjar Kiswanto, MEng Dasar Proses Manufaktur (Fundamentals of Manufacturing Processes)

Upload: aldi-suyana

Post on 04-Dec-2014

301 views

Category:

Documents


134 download

TRANSCRIPT

Page 1: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

1

1

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

Dr. Ir. Gandjar Kiswanto, MEng

Dasar Proses Manufaktur(Fundamentals of

Manufacturing Processes)

Page 2: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

2

2

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

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

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

edition, 1990. Black, S. C., et. al., Principles of engineering manufacture, Arnold, 3rd edition,

1996. Degarmo P. E., et. al., Materials and Process in Manufacturing, Prentice-Hall,

8th edition, 1997. Groover M. P., Fundamentals of modern manufacturing – materials, processes

and system, Jhon-Wiley, 1998. Schey J. A., Introduction to manufacturing processes, McGraw-Hill, 2nd

edition, 1987.

Pengajar dan Referensi

Page 3: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

3

3

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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 pemesinan 6. Proses pemesinan non-konvensional (Non-Conventional

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

Page 4: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

4

4

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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

Page 5: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

5

5

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

Evolusi Material

Material untuk proses manufaktur

Page 6: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

6

6

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

Manufacturing Processes

Casting

Forging

Rolling

Extrusion

Forming

Machining

Materials

Rapidprototyping(Material Incress Manufacturing)

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

Page 7: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

7

7

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

PROPERTIES OF MATERIALS

Page 8: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

8

8

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

MATERIALS

Ferrous (Stainless Steel, Cast Iron, etc)

Non Ferrous (Copper, Bronze, Aluminium, etc)

Wood Polymer Composite

METALLIC NONMETALLIC

• Physical Properties

• Mechanical Properties

Static Properties

Dynamic Properties

Page 9: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

9

9

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

PHYSICAL PROPERTIES

Physical Properties Metallic Materials Nonmetallic Materials

Specific Heat <<< >>>

Thermal Conductivity >>> <<<

Thermal Expansion >>> <<<

Electrical Conductivity >>> <<<

Magnetic Response >>> <<<

Density >>> <<<

Melting Point >>> <<<

Light Reflection >>> <<<

Beberapa properties fisik penting dari material yang harus dipertimbangkan adl:

Page 10: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

10

10

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

UNIAXIAL TENSILE TEST

Why ???

Parameter yang akan didapat :

• Engineering Stress-Strain Curve

• Yield Strength

• Ultimate Tensile Strength

• Percent Elongation

• Young Modulus

• Calculated Fracture Energy

• Modulus of Resilience

Standards :

ASTM D638, D882

Page 11: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

11

11

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

ENGINEERING STRESS-STRAIN CURVE

Page 12: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

12

12

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

STRAIN HARDENING

What is strain hardening?

What is Damping Capacity?

= K n

Page 13: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

13

13

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI HARDNESS

Hardness : Ketahanan suatu metal untuk mengalami deformasi plastik, biasanya dilakukan dengan cara indentasi; ketahanan goresan, abrasi atau pemotongan.

Hardness Measurements :

Brinell Hardness Tests

Rockwell Test

Vickers Hardness Tests

Knoop Hardness Test

Mohs HardnessTest

Durometer Hardness Test (rubber, ASTM D2240)

IRHD Test (rubber, ASTM D1415, ISO S48)

Page 14: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

14

14

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

BRINELL HARDNESS TESTS• Invented by J.A. Brinell in 1900 (the oldest hardness testing method)

• Using Standard : ISO 6506 (part 1,2,3), ASTM E10

• Dingunakan hanya untuk material dan kondisi yang spesifik. Brinell Test tidak dapat digunakan bila a.l. :

oMaterial terlalu lunak/keras

oSpecimen tidak cukup tebal

oTest dikenakan hampir berada di tepi material/specimen

oBila diinginkan tidak ada indentasi pada produk/part akhir

oTepi dari indentasi susah untuk dilihat

• 15HBW10/100, 15 HBS 10/100, Apa artinya ??

Material Load (kg)

Besi (Fe)

Tembaga (Cu)

Aluminium (Al)

187.5

62.5

31.25 Mengapa berbeda ?

Page 15: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

15

15

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI ROCKWELL HARDNESS 15T SUPERFICIAL TEST• Keuntungan/keunggulan :

Rapid test, biasanya kurang dari 10 detikDirect readout, no questionable optical measurements required. Non-destructive, part normally can be used

• Kekurangan : Multiple test scales (30) needed to cover the full range of metal hardness. Conversions between scales can be material dependant. Samples must be clean and have a smooth test point to get good results.

• Standards:ASTM E18ISO 6508-1

Page 16: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

16

16

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI VICKERS HARDNESS TESTS

• HV = Constant x test force / indent diagonal squared ; HV = 1.854(F/D2)• HV are then kilograms force per square millimetre (kgf/mm²)• To convert HV to MPa multiply by 9.807• 356HV0.5, what does it mean?• Dapat digunakan hampir oleh semua material, hanya terbatas oleh ukuran• Standards yang digunakan :

ASTM E384 - 10g to 1kg ASTM E92 - 1kg to 100kg ISO 6507-1,2,3 – micro and macro ranges

• Digunakan untuk mengecek kekerasan phase

Page 17: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

17

17

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

KNOOP TEST

• Digunakan untuk menentukan area suatu permukaan material dengan akurat

• HK = 14.229(F/A) (kg/mm2)

• Standards :

ASTM D1474 organic coatings

ASTM D785

Page 18: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

18

18

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI HARDNESS TESTS SELECTION

Page 19: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

19

19

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

HARDNESSES COMPARISONS

Page 20: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

20

20

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI DYNAMIC PROPERTIES

Dynamic properties is the properties of material due to dynamic load. In mechanical engineering, many components work in dynamic load.

Impact test

Fatigue and the endurance limit

Fatigue failures

Beach mark failure type

Page 21: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

21

21

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI IMPACT TEST

• Charpy Impact Test (U, V notched) (EN 10045)

• Izod Impact Test (ASTM D256)

• Transition temperature ?? Mengapa berbentuk seperti ini ?

Transition temp. range

Ductile failures

Mixed failuresBrittle failures

Temperature

Energy to rupture

Page 22: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

22

22

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI FATIGUE , ENDURANCE LIMIT, AND TEMPERTURE EFFECT

Fatigue : Failure due to CYCLIC loads (S<Sfat, failure)

Endurance Limit : Reduced material strength due to CYCLIC loads

Higher Temperature More ductile, more toughness, less strength

Sfat

case for steel (typ.)

N = Cycles to failure103 105 107 109

unsafe

safe

S = stress amplitude

Page 23: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

23

23

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

Page 24: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

24

24

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI CREEP

(c)2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning™ is a trademark used herein under license.

First stage (primary) :Creep rate decrease due to strain hardening

Second stage (secondary) :Creep at constant rate

Third stage (tertiary) :Creep rate acceleration

Page 25: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

25

25

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

CREEP (CONT.)

(c)2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning™ is a trademark used herein under license.

Page 26: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

26

26

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

Dr. Ir. Gandjar Kiswanto, MEng

EQUILIBRIUM PHASE DIAGRAMS DanSistem IRON CARBON

Page 27: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

27

27

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

PHASE

P-T DIGRAM TEMPERATURE-COMPOSITIONDIAGRAM

COOLING CURVE PARTIAL EQUILIBRIUMDIAGRAM

EQUILIBRIUMPHASE DIAGRAM

SOLUBILITY

INSOLUBIITY

Utilization of Diagram

Solidification process

IRON-CARBONEQUILIBRIUM DIAGRAM

CAST IRON

CHAPTER 4

Page 28: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

28

28

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

Phase yaitu bentuk sederhana dari material yang memilikisusunan dan jenis karakteristiknya sendiri.

Phase memiliki Definable structure

A Uniform and identifiable chemistry

Distinc Boundaries or interfaces

Equilibrium Phase diagram yaitu pemetaan grafikterhadap perlakuan asli suatu material atau sistem material yang disesuaikan dengan semua kondisi.

• P-T Diagram

• Temperature-Composition Diagram

• Cooling Curves

• Partial Equilibrium diagram

EQUILIBRIUM PHASE DIAGRAM

Page 29: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

29

29

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

P-T Diagram

Salah satu bentuk diagram paling sederhana dari Phase-Diagram

3 Parameter yang pentingdalam diagram ini yaitu Temperatur

Tekanan

Komposisi

Page 30: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

30

30

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Temperature-Composition Diagram

Garis Vertikal menunjukkangaris Constant Composition Scan

Garis Horizontal menunjukkangaris Isothermal Scan

Page 31: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

31

31

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Cooling Curve

Page 32: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

32

32

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Cooling Curve

e

Page 33: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

33

33

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Perkembangan microstructure pada isomorphous alloys Equilibrium (very slow) cooling

Page 34: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

34

34

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Partial Equilibrium Diagram

• Garis a – c – f – h – l menunjukan temperatur terendah dari seluruh material dalam keadaan cair

• Garis d – f – j menunjukan reaksi dari 3 fase berbeda

Page 35: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

35

35

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Solubilityadalah kemampuan suatu material untuk dapat menyatusecara total dengan material lainnya :• Complete solubility baik

pada fase cair dan fase padat

• Partial solid solibility

Page 36: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

36

36

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Insolubility Insolubility terjadi apabila satu atau dua komponen tidak dapat

terlarut secara total satu sama lain.

Equilibrium Diagram of two materials

Liquid A + Liquid B

Solid A + Liquid B

Solid A + Solid B

Page 37: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

37

37

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

Pemanfaatan Diagram

Diagram ini berguna untuk menyediakan gambarankeseluruhan dari suatu sistem campuran atau untukmengidentifikasi titik transisi untuk beragam perubahandalam suatu phase.

The Phases present

The Composition Of Each Phase

The Amount Of Each Phase Present

Page 38: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

38

38

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Solidification process

Perubahan dari satu phase ke lainnya tidak terjadi dalamseketika tapi membutuhkan waktu,yang tergantung darimassa dan koefisien konduktivitas thermal suatu logam.

Proses ini mengalami dua tahapan : Nukleasi

Pertumbuhan

Page 39: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

39

39

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Iron-Carbon Equilibrium diagram

Page 40: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

40

40

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI REAKSI TIGA-FASE

Page 41: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

41

41

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI INTERMETALLIC COMPOUND

Diagram ini dapat dianggap sebagai dua diagram eutektik yang digabungkan, untuk Mg-Mg2Pb danMg2Pb-Pb. Dalam kasus ini gabungan/campuran Mg2Pb dapat dianggap sebagai satu komponen

Page 42: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

42

42

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Struktur Fasa Besi karbon

Fasa yang terjadi: Besi Delta

Ferrite

Austenite

Cementite

Perlite

Ledeburite

Page 43: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

43

43

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Simplified Iron Carbon Diagram(Steel Portion)

Page 44: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

44

44

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Cast Iron

Suatu campuran besi karbon yang memiliki kandungankarbon lebih dari 2,11%

Jenis-jenis cast iron: Gray Cast Iron

• Laju pendinginan rendah

White Cast Iron• Laju pendinginan tinggi

Page 45: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

45

45

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Heat Treatment (Perlakuan Panas )

Suatu proses pemanasan dan pendinginan pada suatu logam untuk mengubah sifat fisis/mekanik yg diinginkan.

Tujuan dari proses Heat Treatment a.l. (tergantung proses yg dilakukan) :• Meningkatkan kekerasan dan ketangguhan suatu

material.• Mengurangi tekanan dan regangan pada bagian dalam

material.• Memperhalus kekasaran material.• Mengeluarkan gas.• Meningkatkan ketahanan terhadap panas.• Meningkatkan kemampuan menahan terhadap korosi

dan panas• dll.

Page 46: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

46

46

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Heat Treatment (Perlakuan Panas ) (cont’d)

Pada umumnya Heat Treatment dpt di klasifikasikan atas 3 tahapan

1. Pemanasan sampai suhu dan kecepatan yang tertentu.2. Mempertahankan suhu untuk waktu tertentu sehingga

temperatur merata.3. Pendinginan dengan media pendingin ( air, minyak,

udara ).

Ketiga hal tersebut tergantung dari sifat – sifat yang diinginkan.

PemanasanPenjagaan

TemperaturPendinginan

Page 47: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

47

47

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Heat Treatment (cont’d)

Syarat proses Heat Treatment :

Suhu Pemanasan harus naik secara teratur dan merata.

Alat ukur suhu hendaknya seteliti mungkin.

Klasifikasi proses Heat Treatment :

1. Annealing

2. Normalizing

3. Hardening

4. Tempering

Page 48: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

48

48

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Heat Treatment (cont’d)

Adalah suatu proses perlunakan sehingga besi / baja

yang keras dapat dikerjakan melalui permesinan

atau dengan pengerjaan dingin

Tujuan :

- Mengurangi kekerasan - Memperbaiki utiliti

- Memperbaiki kekuatan - Menghaluiskan ukuran butiran

1. Annealing

Macam – macam Proses Annealing :

• Full Annealing

• Recrystalisasi Annealing

• Stress Relieve Annealing

• Spherodizition

Page 49: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

49

49

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Heat Treatment (cont’d)

Suatu proses untuk mendapatkan strukutur butiran yang halus dan segaram dan untuk menghilangkan tegangan dalam

Prosesnya dengan memanaskan sedikit diatas suhu kritis + 60 0 C , kemudian setelah suhu merata didinginkan di udara

Hasilnya untuk baja – baja konstruksi, baja rol dapat dimesin dengan baik

2. Normalizing

Page 50: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

50

50

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Heat Treatment (cont’d)

Proses pemanasan baja sampai pada suhu didaerahatau di atas daerah kritis.

Tujuannya : untuk mengubah struktur baja sedemikianrupa sehingga diperoleh struktur baja yang keras.

Prosesnya adalah dengan cara menaikkan suhu bajasampai sekitar 770°C sampai dengan 830°C. Kemudianditahan beberapa saat kemudian didinginkan secaramendadak dengan mencelupkan kedalam air, oli ataumedia pendingin lain.

3. Hardening

Page 51: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

51

51

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Heat Treatment (cont’d)

Proses hardening dapat dilakukan juga dgn mengeraskanpermukaan benda yang dapat dibagi 4 proses yaitu :

1. Carborizing

2. Flame hardening

3. Nitriding

4. Blaken dan Brownir

3. Hardening (cont’d)

Page 52: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

52

52

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Heat Treatment (cont’d)

Carborizing : Carborizing adalah salah satu metode yang digunakan

untuk menghasilkan permukaan baja yg berkadarkarbon rendah (0,3%).

Proses carborizing didasarkan atas kemampuan bajauntuk menyerap carbon pda suhu 900°C - 950°C.

Caranya Baja yang akan diproses dimasukkankedalam besi yg berisi arang kayu atau batu bara + barium karbonat kemudian suhu dan waktu pemanasantercapai kemudian dapur didinginkan kira-kira suhu350°C benda di keluarkan dan didinginkan di udara.

3. Hardening (cont’d)

Page 53: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

53

53

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Heat Treatment (cont’d)

Flame Hardening :

•Proses ini sangat cepat untuk menghasilkan permukaan yang keras dari baja yang kandungan carbonnya lebih dari 0,4%.

•Permukaan baja dipanaskan dengan cepat hingga suhu kritisnya dgn perantaraan semburan api atau dengan induction coil frekwensi tinggi, kemudian segera di quenching untuk mendapatkan struktur baja.

3. Hardening (cont’d)

Page 54: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

54

54

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Heat Treatment (cont’d)

Nitriding :

•Proses menyerapkan nitrogen ke dalam logam, dgn maksud untuk mendapatkan lapisan logam yang lebih keras daripada logam semula.

•Baja yang di nitriding baja paduan rendah yang mengandung molybdenum, chromium, alumunium, dan vanadium.

•Proses nitriding ini dilakukan dalam kotak gas yang berisi sirkulasi gas ammonia. Temperatur yang digunakan adalah 500°C s/d 600°C.

3. Hardening (cont’d)

Page 55: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

55

55

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Heat Treatment (cont’d)

Blaken dan Brownir :

Blaken adalah proses memberi warna hitam padapermukaan benda kerja, agar tahan terhadap korosi.

Brownir adalah proses memberi warna cokelat padapermukaan benda kerja agar tahan terhadap korosi.

3. Hardening (cont’d)

Page 56: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

56

56

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Heat Treatment (cont’d)

Proses memanaskan kembali baja yg telah dikeraskandan didinginkan secara perlahan-lahan untukmenghilangkan tegangan dalam dan mengurangikekerasannya. Suhu yg biasa di gunakan dalam prosesini berkisar 150°C sampai 650°C.

Tujuan Tempering a.l. :Mengurangi tegangan sisa yang timbul selama

quenchingmengurangi kekerasanMengurangi kerapuhanMeningkatkan keuletan baja

4. Tempering :

Page 57: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

57

57

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Heat Treatment (cont’d)

Macam-macam Tempering : Tempering suhu rendah ( 150°C sampai 300°C ) :

Untuk mengurangi tegangan dalam dan mengurangikerapuhan dari baja. Digunakan pada alat-alat yang tidakmengalami pembebanan yang berat. Misalnya pada : alat-alatpotong, mata bor, dll.

Tempering suhu sedang ( 300°C sampai 500°C ) : Untuk menambah keuletan dan kekerasan. Proses ini

digunakan pada alat-alat kerja yang mengalami beban berat. Misalnya : palu, pahat, pegas, dll.

Tempering suhu tinggi ( 500°C sampai 600°C ) :

4. Tempering (cont’d):

Page 58: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

58

58

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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

Pengelompokan Proses Manufaktur

Page 59: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

59

59

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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

Page 60: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

60

60

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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 lalu casting perunggu 3000 SM di Mesopotamia• Pengocaran besi kasar secara besar tjd pada abad ke-14 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 masa 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 tahun 1920-1940an.

Page 61: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

61

61

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

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

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

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

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

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

e.g. Gray Cast Iron.

Keuntungan dalam penggunaan proses casting (pengecoran)? :

Kekurangan dalam proses casting (pengecoran)? :• Keterbatasan dalam sifat mekanik (mechanical properties) Porositas • 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

Page 62: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

62

62

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Contoh produk casting

Camera case

Disc brakeTransmissionhousing

Casting

Page 63: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

63

63

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Alur proses casting (garis besar)

Pembuatan mold (cetakan)

Peleburan material metal (logam)

Penuangan metal cair ke dalam mold

Pengangkatan produk cetakan dan pembersihan

Sand casting :

Daur ulang sand mold (pasir cetak)

Casting

Proses pembekuan metal cair

Page 64: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

64

64

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

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

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

Dibuat dari pasir (sand), plaster & material sejenisLebih ekonimis laju produksi kecil

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

castingDibuat dari metal atau graphiteBiaya tinggi laju produksi besar

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

Jenis Mold untuk CastingCasting

Page 65: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

65

65

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Jenis Mold untuk Casting (cont’d)

b) Closed mold Geometri moldlebih kompleks dan memerlukan sistem gating utk bentuk produk yg lebih kompleks (internal & eksternal)

a) Open moldMold dgn bentuk sederhaana spt kontainer (wadah) yg berbentuk produk yg diinginkan

Casting

Gambar : Jenis mold dan komponen-komponen pada mold

Page 66: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

66

66

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Komponen-komponen MoldCasting

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

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

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

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

Page 67: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

67

67

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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

5. Core : Bagian yg ditambahkan (disisipkan) ke dalam mold cavity sebagai bagian untuk membentuk produk casting (utk menghasilkan bentuk geometrik yg diinginkan) 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 kedalam mold cavity untuk kompensasi tjd-nya shringkage proses pembekuan.

Page 68: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

68

68

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

CastingKomponen-komponen Mold (cont’d)

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

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

Page 69: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

69

69

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

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

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

Contoh yg umum : Metal 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

Page 70: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

70

70

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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 ( spek. geometri dari casted part yg di-inginkan harus ada di cavity).

• Harus mempertimbangkan allowance utk shringkage (penciutan) material yg membeku.

• Material Mold harus tahan dan tidak bereaksi terhadap material cair (e.g. metal) 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 penuangan full dense (porositas sesuai spek)

Casting

Page 71: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

71

71

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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

• Harus di rancang dan di kendalikan dengan baik 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 berlebihan casting mudah crack (retak) dan kekuatannya rendah.

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 cleaning, finishing + inpection :• Pembersihan pada permukaan produk thd : material mold, material lebih

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

Casting

Page 72: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

72

72

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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

Page 73: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

73

73

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

mplfoms TTCHTTCVH

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

= 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)

Page 74: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

74

74

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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)

Page 75: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

75

75

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

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

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

Laju volumetrik penuangan metal cair ke dalam mold

• Turbulence Perubahan kecepatan fluida yg tidak

teratur, baik besar maupun arahnya erosi mold yg berlebihan tjd keausan pada badan mold (karena aliran metal cair)

CastingPenuangan Metal cair

Page 76: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

76

76

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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) :

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

ghv 2

QVMFT

2211 AvAvQ

(2)

(3)

(4)

CastingAnalisa proses penuangan (pouring)

Page 77: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

77

77

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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) velocityof 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

CastingAnalisa proses penuangan (cont’d)

Page 78: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

78

78

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

Casting

Sifat-sifat proses pembekuan diketahui melalui Cooling curve kurva yg menggambarkan transisi pada struktur material (metal) dari liquid ke padatmenurut perubahan suhu-waktu penting utk proses penuangan dan pembekuan!!!

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

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

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

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

Proses pembekuan (solidification process)

Page 79: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

79

79

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

Figure : Cooling curve for a pure metal during casting

Pelepasan panas transisi liquid ke solid!

sup

erh

ea

t

Proses pembekuan (cont’d)Casting

Page 80: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

80

80

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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)

Page 81: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

81

81

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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 superheat semakin banyak waktu yg di ijinkan bagi material untuk mengalir kedalam detail cavity sebelum mulai pembekuan !

(5)

(6)

Waktu pembekuan (Solidification Time)

Page 82: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

82

82

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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 (pengurangan ukuran) volumetrik casted-part karena proses solidifikasi dan pendinginan).

Page 83: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

83

83

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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)

Page 84: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

84

84

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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 nukleasi yg cepat (pembentukan partikel solid) terjadi pada zone ini karena adanya dinding mold dan pendinginan permukaan yg relatif cepat.

2. Columnar zone : Zone yg berbentuk kolom terbentuk karena saat terjadinya chill zone Laju pelepasan panas + laju pembekuan menurun kristal berkembang ke arah perpendikular (tegak lurus) permukaan casting paralell kristal yg sangat terarah !

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

Permukaan casting

Casting

Page 85: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

85

85

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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

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

Pencegahan a.l. :

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

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

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

Casting

Page 86: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

86

86

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

2. Gas porosity tjd karena gas bercampur dengan metal cair membentuk rongga/gelembung udara (bubbles) di dalam produk cor (casting).

Pencegahan a.l. :

• Peleburan di lakukan dalam : ruang vakum, lingkungan yg memiliki gas yg solubilitas-nya rendah, atau dengan penutup yg menghindari kontak 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

Page 87: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

87

87

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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

•Cacat produk cor tjd bila metal cair mulai membeku sebelum seluruhnya mengisi mold cavitymisruns atau cold sluts

•Tergantung pd : komposisi, suhu pembekuan, range pembekuan dari materal cair (metal, alloy). Plg dipengaruhi suhu penuangan, atau jumlah superheat !

Suhu penuangan = Fluiditas

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

Casting

Page 88: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

88

88

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

CastingGating systemGating system dan Laju Pengisian (penuangan)

• Laju pengisian yg cepat erosi pada gating system dan mold cavity = ikutnya material mold/gating kedalam produk cor.• Laju pengisian yg rendah (slow filling) dan heat loss pada metal cair cepat membeku misruns dan cold sluts.

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

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

Gates lebih dari satu atau dua (Multiple gates) mempercepat distribusi metal cair ke dalam mold cavity (utk big cavity).

Panjang Sprue yg pendek (Short sprue) mempercepat jalannya metal cair ke-dalam mold.

Page 89: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

89

89

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

CastingGating system (cont’d)

Page 90: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

90

90

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

CastingRiser

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 kedalam mold cavity untuk kompensasi tjd-nya shringkage proses pembekuan.

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

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

•Pembuatan multiple risers dimungkinkan agar kompensasi shringkage pada mold cavity : lebih cepat dan merata.

Desain Riser yg BAIK ? :

1. Luas permukaan yg kecil pembekuan yg panjang.

2. Berbentuk spheris/cone/silinder.

3. Di tmpkan pd bagian casting dgn ketebalan tertinggi.

Page 91: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

91

91

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Pattern (Pola) : karakteristikCasting

Page 92: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

92

92

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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

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

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

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

Allowance untuk kontraksi

MaterialNo

1.5%Brass4

1.0-1.3%Alumunium3

1.5-2.0%Steel2

0.8-1.0%Cast Iron1

Casting

Page 93: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

93

93

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Pattern (Pola) (cont’d)

Contoh Shrink rule dan allowances

CastingPenambahan DRAFT

Page 94: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

94

94

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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

Penambahan DRAFT

Page 95: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

95

95

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

•Parting planemempengaruhi :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 :

Casting

Page 96: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

96

96

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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

Gambar : Aturan dalam pemakaian fillet Hot Spot

Casting

Page 97: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

97

97

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

CastingAlur Casting pembuatan Baja (Steel)

Page 98: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

98

98

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Alur Casting pembuatan Baja (Steel)Casting

Page 99: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

99

99

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

Casting1. Berdasarkan tipe MOLD :

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

kemudian mengeras) harus di hancurkan untuk mendapatkan produk tsb.

Dibuat dari pasir (sand), plaster & material sejenis Lebih ekonimis laju produksi kecil

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

menghasilkan produk casting Dibuat dari metal atau graphite Biaya tinggi laju produksi besar

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

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

Jenis proses Casting

Page 100: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

100

100

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

CastingProses Casting : Keuntungan dan keterbatasannya

Page 101: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

101

101

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

CastingKekasaran permukaan (Ra) & proses casting

Page 102: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

102

102

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Karakteristik Umum berbagai proses CastingCasting

Page 103: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

103

103

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Expendable Mold Casting

1. Single-use mold dengan multiple-use pattern

2. Single-use mold dengan single-use pattern

Casting

Page 104: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

104

104

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

CastingSand casting

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

Page 105: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

105

105

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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

Page 106: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

106

106

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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

Page 107: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

107

107

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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

Page 108: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

108

108

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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

Drag

Cope

Pemampatan pasir di DRAG

Dibalik

Drag

CopePemampatan pasir di COPE

Board

Board

Casting

Page 109: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

109

109

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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

Page 110: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

110

110

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Tipe-tipe Pattern (Pola)

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

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

Casting

Page 111: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

111

111

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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 berada pada 100-500 psi.

• Kekuatan yg cukup sebelum hardening untuk memungkinkan penanganan pada kondisi tersebut.

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

penuangan.

Page 112: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

112

112

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

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

Pembuatan Core (inti) (cont’d)Casting

Page 113: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

113

113

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Sand Conditioning (Pengkondisian Pasir)

1. Refractoriness kemampuan utk tahan terhadap suhu tinggi sifat alami dari sand.

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

3. Permeability kemampuan untuk dilalui gas fungsi dari ukuran partikel pasir, jumlah dan tipe dari pelekat (clay), kelembaban, dan tekanan pemampatan pd pasir.

4. Collapsibility kemampuan untuk membiarkan metal menciut setelah proses pembekuan yg akhirnya berguna utk melepaskan produk casting.

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

SAND TESTING

Casting

Page 114: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

114

114

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Sifat Sand yg baik untuk Casting13 sifat1. 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 shringkage mencegah

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

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

Casting

Page 115: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

115

115

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Pembuatan MoldBerbagai jenis teknik pembuatan sand mold :

Flat-head squeezing Profile-head squeezing

Equalizing squeez pistons

Flexible diaphragma

Jolting

Casting

Page 116: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

116

116

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Pembuatan Mold (cont’d)Casting

Page 117: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

117

117

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

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

reusability, dan plg tidak mahal. Dry-sand:

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).

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

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

Klasifikasi Sand MoldCasting

Page 118: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

118

118

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Shell-Mold CastingCasting

Alur proses Shell molding

Page 119: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

119

119

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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

Casting

Page 120: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

120

120

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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

Page 121: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

121

121

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

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

Jenis Vacuum molding:

Vacuum assisted molding

Vacuum injection molding

Vacuum MoldingCasting

Page 122: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

122

122

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Vacuum Molding (cont’d)

Alur proses Vacuum Molding

Casting

Page 123: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

123

123

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

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

Vacuum Assisted MoldingCasting

Page 124: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

124

124

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Vacuum Injection Molding

Mesin injection molding

Casting

Page 125: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

125

125

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

Pengecoran presisi menghasilkan produk berukuran teliti dengan permukaan yang sangat halus. 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

Page 126: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

126

126

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Alur proses Investment Casting

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

Casting

Page 127: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

127

127

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

Fleksibilitas desain 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 dengan menawarkan konfigurasi near-

net-shape maka akan mengurangi atau menghilangkan biaya perlengkapan. Mengurangi biaya produksi dan meningkatkan keuntungan 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

Page 128: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

128

128

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

Karakteristik Investment-mold casting :

Investment Casting (cont’d)Casting

Page 129: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

129

129

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

CastingExpanded Polystyrene Casting

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

•Disebut juga full-mold casting.

Page 130: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

130

130

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

Karakteristik Full-mold (expended polystyrene) casting :

Expanded Polystyrene Casting (cont’d)Casting

Page 131: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

131

131

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Multiple-use Mold CastingCasting

Page 132: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

132

132

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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

Page 133: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

133

133

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

Karakteristik Permanent-mold casting :

Permanent Mold casting (cont’d)Casting

Page 134: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

134

134

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Proses dasar Permanent Mold castingCasting

Page 135: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

135

135

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

1. Alloy yg di cast (cor) semakin tinggi titik lebur, semakin pendek umur mold.

2. Material mold gray cast iron memiliki thermal fatigue yg terbaik dan dpt di mesin dgn mudah banyak digunakan sbg mold.

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

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

5. Konfigurasi mold perbedaan ukuran dari bagian2 mold atau produk yg di cor, dpt menurunkan umur mold.

Parameter pengaruh umur MoldCasting

Page 136: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

136

136

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

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

Low-Pressure Casting menggunakan tekanan rendah 5-15 psi thd metal cair di dlm cavity.

Vacuum Permanent Mold Casting pem-vakum-an mold cavity untuk menarik metal cair ke dalam mold (cavity).

Variasi dari Permanent Mold CastingCasting

Page 137: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

137

137

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

Pengertian :Penginjeksian logam cair dengan tekanan tinggi.

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

dan masker gas.

Die CastingCasting

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

Page 138: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

138

138

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Siklus cold chamber Die Casting

Gambar : Siklus dalam cold-chamber casting

Casting

Page 139: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

139

139

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Siklus hot chamber Die CastingCasting

Page 140: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

140

140

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Proses Die Casting

Casting

Page 141: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

141

141

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Die CastingKarakteristik Die-casting :

Casting

Page 142: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

142

142

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

Metalurgi Serbuk (Powder Metalurgy)

Page 143: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

143

143

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

Sebuah proses manufaktur dimana part yang dihasilkan dari serbuk metal (plastik injection molding).

Serbuk dimampatkan menjadi suatu bentuk tertentu.

Lalu di panaskan untuk membuat ikatan dari partikel serbuk menjadi keras 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 tungsten !

Dapat menghasilkan kombinasi metal alloy tertentu

Dapat di otomatisasi untuk produksi yg lebih ekonimis

Mengapa memakai Powder Metalurgy ? :

MetalurgiSerbuk

Page 144: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

144

144

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

Biaya tooling dan peralatan yg tinggi

Serbuk metal yg mahal

Kesulitan dalam menyimpan dan menangani serbuk metal (degradasi kualitas)

Keterbatasan geometri part karena serbuk metal tidak langsung mengalir di dalam die selama proses penekanan

Variasi dalam kepadatan material pada part akhir

Kekurangan Powder Metalurgy ? :

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

Page 145: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

145

145

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

Ukuran Screen Mesh

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

Page 146: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

146

146

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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

Berbagai bentuk partikel :

MetalurgiSerbuk

Page 147: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

147

147

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Proses Metalurgi SerbukMetalurgiSerbuk

Page 148: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

148

148

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Produksi Metalurgi SerbukGas atomization

Water atomization Centrifugal atomization

MetalurgiSerbuk

Page 149: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

149

149

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

Urutan proses pembuatan serbuk metal

Produksi Metalurgi Serbuk (cont’d)MetalurgiSerbuk

Page 150: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

150

150

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Perangkat Blending dan Mixing Metalurgi SerbukMetalurgiSerbuk

Page 151: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

151

151

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI CompactingMetalurgiSerbuk

Page 152: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

152

152

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

MetalurgiSerbuk

Sintering

Page 153: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

153

153

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

MetalurgiSerbuk

Cold isostatic pressing

Page 154: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

154

154

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

MetalurgiSerbuk

Rolling Powder

Page 155: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

155

155

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

MetalurgiSerbuk

Produk PM

Page 156: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

156

156

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

MetalurgiSerbuk

Produk PM (cont’d)

Page 157: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

157

157

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Proses pembuatan Part Leg Shield kanan/kiri pada Sepeda motorInjection

Molding

Page 158: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

158

158

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

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

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

Pemilihan Material InjectionMolding

Page 159: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

159

159

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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

Page 160: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

160

160

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Charging

InjectionMolding

Page 161: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

161

161

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Clamping/Die Closing

InjectionMolding

Page 162: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

162

162

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Barrel forward & injection

InjectionMolding

Page 163: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

163

163

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Barrel backward, cooling & metering

InjectionMolding

Page 164: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

164

164

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Mold open, ejection & pelepasan part

InjectionMolding

Page 165: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

165

165

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

InjectionMolding

Page 166: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

166

166

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Pengambilan dan pelepasan produkInjection

Molding

Page 167: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

167

167

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

Metal Forming

Page 168: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

168

168

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Cakupan Topik Metal Forming

1. Klasifikasi Proses Proses Bulk Deformation

Pengerjaan Logam Lembaran (Sheet Metalworking)

2. Perilaku Material dalam Metal Forming Flow Stress

Average Flow Stress

3. Suhu dalam Metal Forming

4. Efek dari Laju Regangan (strain rate)

5. Gesekan dan Pelumasan (Friction and Lubrication)

Metal Forming

Page 169: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

169

169

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Bulk Metal Forming

4 jenis proses yang umum

• 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

Page 170: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

170

170

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Bulk Metal Forming (cont’d)

Rolling Forging

Extrusion Drawing

Metal Forming

Page 171: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

171

171

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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

kawat (coils). Normalnya 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) bukanproses pembentukan.

gambar

Metal Forming

Page 172: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

172

172

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Pengerjaan Logam Lembaran (cont’d)

Bending Drawing

Shearing

Metal Forming

Page 173: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

173

173

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Perilaku Material dalam Metal Forming

nf KY

nKY

n

f

1

Yf Flow Stress

Maximum strain untuk proses forming

K Strength coefficient

Average flow stressfY

Metal Forming

Strain hardening exponentn

Page 174: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

174

174

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

Perhitungan Tekanan dan Gaya pada proses Deformasi Plastik harus mempertimbangkan 4 hal :

1. Analisa stress state (kondisi tegangan) 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

Page 175: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

175

175

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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) : harus memenuhi yield-criteria (flow-criteria)

menghubungkan principle-stresses dgn tensile atau compressive yield strength (dari material).

• Yield-criteria berdasarkan Tresca :

• Yield-criteria berdasarkan von Mises :

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

1 2 3, , dan

max min

2 2f

2 22 21 2 2 3 3 1 2 f

Perhatikan Kurva Tresca dan von Mises !1.15 f

Page 176: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

176

176

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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

Forming

Gambar : Kurva Tresca yield Hexagon dan von Mises yield ellipse

Page 177: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

177

177

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

Metal Forming

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

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

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

• Proses cold-working :Non steady-state ambil instantaneous flow-stress pada point of interest !. Maximum force ambil flow-stress pada final-strain !Steady-state ambil mean-flow stress = integrasi dari limit strain ybs. Untuk annealed material :

K dan n cari dari Tabel atau lakukan pengujian kompresi (compression test) !.

f

nfmY K

1

1

n

fmKY

n

Page 178: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

178

178

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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

Forming

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

Page 179: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

179

179

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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

Forming

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

Page 180: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

180

180

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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 gesek

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

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

iFP p

i i

f

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

(strenght coeficient dan strain-rate sensitivity exponent) diambil dari tabel !. Bila tidak ada lakukan pengujian compression ! Strain berbeda C dan m berbeda.T = m Yf C

mfY C

Flow-stress (cont’d)

Page 181: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

181

181

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

Gambar :

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

Page 182: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

182

182

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

Metal Forming

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

inhomogenuos material flow = aliran material tak-homogen !

Gambar :

Page 183: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

183

183

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

Cth 1 :

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

Jawab :

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

b) Ys = 0.2 = 496 N/mm2 P0.002 = (0.2 )(A0) = 496*314 = 156 kN

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

Metal Forming

Tekanan dan Gaya dalam Metal Forming (cont’d)

Page 184: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

184

184

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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

Gambar : Sifat mekanik dari beberapa material

Metal Forming

Page 185: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

185

185

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

Metal Forming

Cth 2 :

Sebuah komponen dgn ketebalan 6.35 mm dan lebar 6.38 mm, panjang l0 = 25 mm di dpt dr proses pemesinan thd plat 80Cu-20Ni alloy yg di annealed. Dilakukan penarikan (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) 0.2 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. Perpanjangan 0.025 mm, 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 garis elastik memotong titik dimana P =4.4 kN. Shg

65700 141

40.5(10 )(0.001)E GPa

0.00225t

o

l lel

0.2 24400 10940.5

N MPamm

Tekanan dan Gaya dalam Metal Forming (cont’d)

Page 186: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

186

186

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

Metal Forming

Cth 2 :

c) Beban maksimum Pmax = 14.2 kN

d) Elongasi dgn lf yg diukur pada spesimen

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

214200 35140.5

NTSmm

42.2 25.0 0.688 68.8%25.0fe

40.5 9.98 0.75 75%40.5

q

Tekanan dan Gaya dalam Metal Forming (cont’d)

Page 187: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

187

187

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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

Forming

Page 188: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

188

188

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

Metal Forming Cth 3 :

Sebuah komponen, silinder baja dgn diameter 15.00 mm dan tinggi 22.5 mm di buat dari 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 pada setiap point, b) compressive strain ec.

Jawab :

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

b) Dihitung dgn

PA

0 0

0c

h h A Aeh A

Tekanan dan Gaya dalam Metal Forming (cont’d)

Page 189: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

189

189

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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

Page 190: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

190

190

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

Cth 4 :

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

Jawab :

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

flow stress dari

true-strain dari

• Titik terakhir pada tabel di hitung dari penampang saat tjd fracture : f=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 garis lurus K = 760 Mpa, dan n = 0.45.

00

l VA Al l

fPA

0

0

ln ln All A

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

Page 191: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

191

191

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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

Tabel : Tabulasi dari flow-stress pada beberapa titik

Metal Forming

Page 192: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

192

192

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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

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

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

• Tidak memerlukan pemanasan.

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

pengerasan regang (strain-hardening) membatasi pembentukan.• Ductility rendah fracture pada bendakerja dibutuhkan

annealing (utk tahap recovery dan recrystallization) softening !

Metal Forming

Page 193: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

193

193

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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

Forming

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

Page 194: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

194

194

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

Metal Forming

Suhu dalam Pengerjaan Logam (cont’d)

Gambar :

Page 195: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

195

195

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Suhu dalam Pengerjaan Logam (cont’d)

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

Pros yg berseberangan dgn cold working :• Gaya dan Daya yg lebih rendah 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

Page 196: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

196

196

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Suhu dalam Pengerjaan Logam (cont’d)

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

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

Page 197: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

197

197

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Suhu dalam Pengerjaan Logam (cont’d)

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

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

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

Metal Forming

Page 198: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

198

198

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

= strain rate

Efek dari Laju Regangan (Effect of Strain Rate)m

fY C

n mfY K

K = a strength coefficient

Metal Forming

= strain-rate sensitivity exponent

•Strain rate dipengaruhi secara kuat oleh temperatur.

m

1( )v sh

v = instantaneous Deformation veloc.

h = instant. Length of workpiece

Page 199: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

199

199

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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 :

Page 200: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

200

200

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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

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

Meningkatkan gaya dan daya (forces and power).

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

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

Metal Forming

Page 201: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

201

201

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

(Bulk Deformation Process in Metalworking)

Metal Forming

Proses Deformasi Bulk dalam Pengerjaan Logam

Page 202: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

202

202

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Rolling• Proses deformasi dengan mengurangi ketebalan oleh

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

Metal Forming

Page 203: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

203

203

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Rolling (cont’d)Metal

FormingSejarah :

• 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 :

Water Wheel

Steam Engine

Motor Elektronik

Page 204: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

204

204

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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

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

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

• Hot-rolled purmakaan kasar, toleransi tinggi, gaya rol rendah utk deformasi plastik yg besar.

• Cold-rolled permukaan akhir lebih baik (halus) dan untuk toleransi rendah.

Metal Forming

Page 205: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

205

205

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Rolling (cont’d)Metal

Forming

Gambar : Skema proses rolling (encarta encyclopedia)

Page 206: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

206

206

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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)memungkinkan roller untuk menarik bendakerja kearah sisi-akhir keluaran.

Metal Forming

Fsi Fso

• Gesekan Gaya + Daya Energi terbuang.

• Gesekan merusak benda yg dirol.

• Perlu Pelumasan ! utk medptkan titik optimal.

Page 207: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

207

207

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

Metal Forming

Gesekan (Friction) (cont’d)

vo<vr<vf

Maximum draft, yg merupakan pengurangan ketebalan, diberikan sebagai = to-tf = 2R.

Koefisien gesek bergantung pada pelumasan, umumnya :

cold working 0.1

warm working 0.2

hot working 0.4

Page 208: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

208

208

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Analisa proses Rolling

Kekekalan (conservation of) material :

Kontinuitas volume laju aliran :

Forward slip :

Gaya Rolling, F :

fffooo vwtvwt

fffooo LwtLwt

r

rf

vvv

s

wLYpdLwF f

L

0

0( )fL R t t

Metal Forming

Page 209: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

209

209

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Analisa proses Rolling (cont’d)

5. Regangan deformasi

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

7. Torsi yang dibutuhkan untuk proses deformasi

8. Daya yang dibutuhkan oleh proses

f

o

ttln

nKY

n

f

1

FLT 5.0

FLP 2

wLYpdLwF f

L

0 gaya tanpa gesekan ! semakin tinggi

koefisien gesek = semakin besar perbedaan dgn gaya sebenarnya.

Metal Forming

Page 210: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

210

210

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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 tidak teregang 12000 psi dan tegangan saat ketebalan 0.8 in adalah 40000 psi. Hitung gaya roll dan daya dalam operasi ini. !

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

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

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

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

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

Daya = 2 F L N / 33000 = 2 (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

Page 211: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

211

211

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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 = 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 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.

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

• Cek h/L = 286.5/90 = 3.2 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

Page 212: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

212

212

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Parameter Material dan Proses Rolling

Parameter Material : Keuletan (ductility)

Koefisien gesek (coefficient of friction)

Kekuatan (strength), modulus dan Poisson’s ratio

Parameter Proses : Kecepatan roller (vr)

Daya (power)

Draft (pengurangan ketebalan)

Pelumasan (lubrication)

Metal Forming

Page 213: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

213

213

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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

Page 214: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

214

214

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Konfigurasi Rolling Mill

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

d) cluster mill e) tandem rolling mill

Metal Forming

Page 215: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

215

215

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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

Page 216: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

216

216

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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

• Proses manufaktur thread luar (external).

• Menggunakan proses Cold rolling.

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

Metal Forming

Page 217: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

217

217

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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 : Penggunaan material yg lebih baik.

Permukaan yang lebih halus.

Thread yg lebih kuat karena pengerasan yg tjd selama prosespengerjaan.

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

Metal Forming

Page 218: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

218

218

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Roll Piercing

• Merupakan proses Hot working.

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

Metal Forming

Page 219: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

219

219

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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

Page 220: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

220

220

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

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

Proses Tempa 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

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

Page 221: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

221

221

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

Gambar : outline proses forging dan operasi2 yg berhubungan

Forging – Pendahuluan (cont’d)Metal Forming

Page 222: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

222

222

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Forging

Open-die forging

Impression-die forging

Flashless forging

Metal Forming

(Closed die forging)

Page 223: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

223

223

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Mekanika proses Forging

Dibawah kondisi ideal :

hholn

AYF f

Dimana F = gaya forging

Yf = Tegangan alir (flow stress)

A = Penampang bendakerja

Metal Forming

Page 224: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

224

224

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Produk ForgingMetal

Forming

Page 225: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

225

225

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Produksi Connecting RodMetal

Forming

Page 226: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

226

226

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Forging

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

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

Metal Forming

Page 227: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

227

227

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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

4.01

Metal Forming

hrrYF f 3

212

Page 228: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

228

228

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Faktor Bentuk (Shape Factor)Metal

Forming

Page 229: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

229

229

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

Soal:

Sebuah logam silinder terbuat dari stainless steel 304 dengan diameter 150 mm dan tinggi 100 mm. Benda tersebut akan dikurangi tingginya 50% pada temperatur ruang menggunakan open-die forging dengan die yang datar. Diasumsikan koefisien friksi adalah 0,2, hitunglah gaya tempa pada bagian ujung langkah (stroke).

Jawab:

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

Dengan menghitung volume awal dan akhir, didapatkan:

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

Perhitungan Gaya ForgingMetal Forming

Page 230: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

230

230

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

Nilai true strain benda kerja :

= ln (100/50) = 0,69

Berdasarkan kurva stress strain, didapatkan tegangan aliran untuk stainless steel pada regangan aktual 0,69 adalah kurang lebih 1000 MPa. Sehingga besar gaya tempa adalah:

F = (1000) (106) () (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

Page 231: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

231

231

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Open-die Forging

Fullering Edging

Cogging

Metal Forming

Page 232: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

232

232

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Open-die Forging

Fullering

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

Menggunakan Dies dengan permukaan cembung (convex surface cavity).

Edging

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

Cogging

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

Tidak menghasilkan net-shape produk masih memerlukan proses pemesinan untuk mendapatkan net-shape produk.

3 Jenis Open-die Forging :

Metal Forming

Page 233: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

233

233

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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

Page 234: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

234

234

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Impression-die Forging

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

Page 235: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

235

235

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Impression-die Forging

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

Forging Machining

Metal Forming

Page 236: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

236

236

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Flashless Forging

Conventional forging part Precision forging part

Metal Forming

Page 237: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

237

237

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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

Page 238: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

238

238

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Perbandingan Closed-die dan Flash ForgingMetal

Forming

Page 239: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

239

239

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI CorningMetal

Forming

Page 240: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

240

240

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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

Page 241: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

241

241

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Upsetting dan Heading

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

Metal Forming

Page 242: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

242

242

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Upsetting dan Heading

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

Metal Forming

Page 243: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

243

243

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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

Page 244: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

244

244

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Roll ForgingMetal

Forming

Page 245: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

245

245

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Orbital Forging

Kontak area yang kecilmengurangi gaya forging ygdibutuhkan secara substansial.

Metal Forming

Page 246: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

246

246

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Hobbing

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

Metal Forming

Page 247: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

247

247

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Trimming

Trimming adalah sebuah prosespengguntingan untukmenghilangkan flash daribenda-kerja

Metal Forming

Page 248: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

248

248

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Cacat ForgingMetal

Forming

Page 249: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

249

249

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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:

Radius yang bervariasi dari rongga cetak

Material yang tidak uniform

Gradien temperatur selama penempaan

Perubahan mikrostruktur yang disebabkan oleh tranformasifase

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

Metal Forming

Page 250: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

250

250

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Design Considerations

1. Material

2. Die design

3. Machine Machine processing range

Machine process setting

Metal Forming

Page 251: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

251

251

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Design Considerations

1. Material Ductility

Strength

Plastic deformation law (constitutive relationship)

Coefficient (Die/workpiece)

Variation of properties at processing temperature range

2. Die Design Number of die stations

(progressive die)

Geometric complexity of the part

Die geometric details• Draft angle, fillet, radii

• Webs and ribs

• Flash

Parting surface and parting direction

Die material

Die life

Metal Forming

Page 252: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

252

252

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Design Considerations

3. Machine processing range Maximum forging force

Maximum power

Maximum speed

Maximum die size

4. Machine process setting No. of stations

Velocity profile

Temperature / time profile

Force

Metal Forming

Page 253: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

253

253

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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

Page 254: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

254

254

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Produk Ekstrusi

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

Gambar :

Metal Forming

Page 255: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

255

255

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Tipe Proses Ekstrusi

Gambar :

Metal Forming

Page 256: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

256

256

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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

Page 257: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

257

257

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Proses Ekstrusi (cont’d)

Gaya Ekstrusi :

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

f

oo A

AkAF ln

Gambar :

Metal Forming

Page 258: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

258

258

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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

= 630 ton = 5.5 MN

Metal Forming

Page 259: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

259

259

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Aliran Logam Proses Ekstrusi

Gambar :

Metal Forming

Page 260: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

260

260

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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

Page 261: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

261

261

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Ekstrusi Panas (cont’d)

Gambar :

Metal Forming

Page 262: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

262

262

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Ekstrusi Panas (cont’d)

Gambar :

Metal Forming

Page 263: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

263

263

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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

Page 264: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

264

264

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Ekstrusi Dingin

• Ekstrusi dingin memiliki keuntungan dibanding ekstrusi panas:

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

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

Perbaikan permukaan akhir, karena tidak adanya lapisan film oksida.

Tidak diperlukannya pemanasan billet.

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

Gambar :

Metal Forming

Page 265: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

265

265

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Ekstrusi Impak

Gambar :

Gambar :

Metal Forming

Page 266: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

266

266

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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

Page 267: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

267

267

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Cacat Ekstrusi Retak permukaan (surface cracking):

Karena temperatur, friksi atau kecepatan terlalu tinggi

Retak yang terjadi adalah intergranular (sepanjang batas butiran)

Sering terjadi pada aluminum, magnesium dan zinc

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

Pipa

Diminimalkan dengan memdofikasi bentuk aliran logam agar seragam

Menghilangkan kotoran (impurities) pada permukaan billet denganetching kimia

Retak internal (internal cracking)

Bertambah seiring meningkatnya sudut die

Bertambah dengan meningkatnya jumlah pengotor

Menurun dengan bertambahnya rasio ekstrusi dan friksi

Metal Forming

Page 268: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

268

268

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Cacat Ekstrusi (cont’d)

Gambar :

Metal Forming

Page 269: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

269

269

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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

Page 270: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

270

270

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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

Page 271: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

271

271

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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

• Gaya penarikan:

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

Page 272: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

272

272

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Operasi Penarikan (drawing)

Gambar :

Metal Forming

Page 273: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

273

273

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

Sheet Metal Forming

Page 274: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

274

274

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

Page 275: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

275

275

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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

Page 276: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

276

276

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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, prosse 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

Page 277: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

277

277

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

Page 278: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

278

278

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

Page 279: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

279

279

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

Page 280: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

280

280

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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

Page 281: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

281

281

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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 () x (1) x (140.000) = 38.500 lb = 19,25 ton = 0,17 MN

Metal Forming

Page 282: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

282

282

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

Page 283: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

283

283

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

Page 284: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

284

284

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

Page 285: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

285

285

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

Page 286: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

286

286

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

Page 287: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

287

287

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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

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

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

stasiun yang sama dalam setiap langkah oleh rangkaian pukulan.

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

berbeda, dengan aliran proses berbentuk lurus atau melingkar.

Material Tool dan die

Biasanya tool steels, karbida

Pelumasan dibutuhkan untuk mengurangi keausan tool dan die dan memperbaik kualitas tepi pemotong

Metal Forming

Page 288: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

288

288

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

Page 289: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

289

289

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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

Page 290: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

290

290

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

Page 291: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

291

291

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

Page 292: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

292

292

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

Page 293: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

293

293

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

Page 294: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

294

294

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

Page 295: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

295

295

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

Page 296: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

296

296

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

Page 297: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

297

297

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Operasi Bending lainnya (cont’d)

Gambar :

Metal Forming

Page 298: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

298

298

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Peralatan Sheet Metal Forming

Gambar :

Metal Forming

Page 299: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

299

299

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

Machining Proses (Proses Pemesinan)

Page 300: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

300

300

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Kisaran Kekasaran Permukaan Proses Pemesinan

Page 301: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

301

301

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Kisaran Toleransi Dimensi Proses Pemesinan

Page 302: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

302

302

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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

Gambar :

Page 303: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

303

303

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

Cut

ting

Spee

d &

Feed

-rat

e

Page 304: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

304

304

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

Cut

ting

Spee

d &

Fee

d-ra

te (c

ont’d

)

Page 305: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

305

305

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Cutting Speed & Feed-rate (cont’d)

Page 306: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

306

306

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Mekanisme & Sudut dlm Pemesinan (pemotongan)

• Cutting edge lurus dan tegak-lurus thd arah gerakan.• Terdpt dua gaya Gaya Potong (cutting force) Pc dan

Gaya Tekan (thrust Force) Pt.

1. Orthogonal Cutting :

Page 307: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

307

307

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Mekanisme & Sudut dlm Pemesinan (cont’d)

Pada Orthogonal Cutting : Rake-angle mungkin positif, nol (a) atau negative (b). Kecepatan2 (c) dan gaya (d) yg bekerja pada chip, tool, dan tool holder telah terdefinisi.

1. Orthogonal Cutting (cont’d) :

Page 308: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

308

308

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Mekanisme & Sudut dlm Pemesinan (cont’d)

costan1 sin

cc

c

c

c

lhrh l

rr

cos sinsin cos

tan

Gaya Normal

Gaya Gesek

Sudut Gesek

n c t

c t

n

P P PF P P

FP

1. Orthogonal Cutting (cont’d) :

Page 309: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

309

309

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

Mekanisme pembentukan chips ideal

Mekanisme pembentukan chips real

Mekanisme & Sudut dlm Pemesinan (cont’d)1. Orthogonal Cutting (cont’d) :

Page 310: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

310

310

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Mekanisme dlm Pemesinan (cont’d)1. Orthogonal Cutting (cont’d) :

Page 311: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

311

311

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

Gambar : Pembentukan Chips dgn terjadinya BUE pada 30m/min (a) dan 100m/min (b)

Mekanisme dlm Pemesinan (cont’d)1. Orthogonal Cutting (cont’d) :

Page 312: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

312

312

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Mekanisme dlm Pemesinan (cont’d)2. Oblique Cutting :•Di hampir semua praktek pemesinan (pemotongan), tool edge (tepi pahat) di buat membentuk sudut inklinasi (inclination angle) i.

Page 313: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

313

313

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Mekanisme dlm Pemesinan (cont’d)2. Oblique Cutting (cont’d) :

Oblique cutting berbeda dengan Orthogonal cutting dalam beberapahal :

1. Chip melingkar membentuk helix ketimbang bentuk spiral. Umumnya didptkan chips mengalir pada kecepatan vc, pada sudut c inklinasi (hukum Stabler gambar b slide sebelumnya).

2. Normal rake angle n diukur pada bidang yg mengandung normal ke permukaan bendakerja dan kecepatan tool v. Effective rake angle e diukur pada bidang yg mengandung v dan vc dan lebih besar dari n.

3. Gaya potong lebih kecil dibanding dgn orthogonal dgn rake angle yg sama. Dgn kata lain dgn efektif rake-angle yg sama Oblique cutting lebih kuat dari orthogonal.

2 2sin sin cos sine ni i

Page 314: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

314

314

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Gaya dan Energi dlm Proses Pemesinan

2c

cP Nphw m

1 3 2cP l J NE atau

hwl m m

3

11

1.

mKE W s

Penghitungan gaya dan daya didasarkan pada konstanta material yg ditentukan melalui ekperimen !Tiga pendekatan yg umum :1. Nominal cutting stress = specific cutting pressure pc gaya

pemotongan Pc dibagi luas penampang dari ‘undeformed chips’.

2. Specific cutting energy (energi pemotongan spesifik) E1 gaya Pc

dikalikan jarak l antara gaya yg bekerja dibagi oleh volume material yg dibuang V =hwl.

3. Material removal factor K1 kebalikan dari specific cutting energy.

Page 315: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

315

315

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Gaya dan Energi dlm Proses Pemesinan (cont’d)

3

3.

Power(W) tEV W s mmsmm

power(W)cP N

v

Daya yg dihasilkan oleh mesin (machine tool) dpt di perkirakan jika laju pelepasan material (material removal rate Vt) dan efisiensi mesin diketahui

Gaya pemotongan yg harus di tahan oleh tool-holder (pemegang pahat) dpt dihitung dengan membagi daya dengan gaya pemotongan (cutting speed) v

Page 316: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

316

316

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Gaya dan Energi dlm Proses Pemesinan (cont’d)

Page 317: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

317

317

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Suhu dalam Pemesinan (pemotongan)

1/ 2

TvhT E

k c

dimana:

Temperatur permukaan pahat

(tool face temerature)

konduktifitas panas

(heat conductivity)

densitas

panas spesifik (heat specific)

TT

k

c

Temperatur pemotongan semakin tinggi bila memotong material yg lebih kuat (E yg lebih besar) pada kecepatan potong yg lebih tinggi.

Page 318: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

318

318

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Pendinginan (cutting fluids) dalam Pemesinan

Page 319: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

319

319

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Cutting fluids dlm Pemesinan (cont’d)

Page 320: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

320

320

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

Turning Process(Proses Pemesinan Bubut)

Page 321: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

321

321

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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) dlm turning. Fc = gaya potong (cutting force), Ft = thrust atau gaya pemakanan/feed force (pd arah pemakanan), dan Fr adl gaya radial yg cenderung mendorong pahat lepas dr benda kerja yg sdg dipotong.

Page 322: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

322

322

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Skema Proses Turning (cont’d)

Page 323: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

323

323

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Mesin Turning Manual

Gambar

Page 324: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

324

324

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Mesin Turning Manual (cont’d)

Page 325: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

325

325

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Mesin Turning CNC

Gambar :

Page 326: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

326

326

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

Facing Taper Turning Contour Turning Form Turning

Chamfering Cutoff Threading

Boring Drilling Knurling

Jenis-jenis Proses Turning

Page 327: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

327

327

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Sudut dalam Pemotongan Turning

Page 328: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

328

328

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Pahat Potong Turning

Gambar

Pahat insert :

Page 329: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

329

329

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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

Page 330: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

330

330

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

Grooves pd pahat potong sebagai pemutus chip (chip breaker)

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

Page 331: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

331

331

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Collet

Gambar :

Page 332: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

332

332

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

Gambar :

Metode Pencekaman (clamping) Benda Kerja

Page 333: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

333

333

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Mandrel

Gambar :

Page 334: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

334

334

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Proses Pemotongan Ulir (thread cutting)

Gambar

Page 335: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

335

335

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

Gambar

Pemesinan Turning dengan Turret Turning

Page 336: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

336

336

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

Gambar :

Proses Boring (pembesaran lubang)

Page 337: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

337

337

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Boring Bar & Boring Mill

Gambar :

Page 338: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

338

338

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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 avg

Perhitungan Proses Turning

Page 339: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

339

339

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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

1. Waktu Pemotongan, m/men

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

2

Perhitungan Proses Turning (cont’d)

Page 340: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

340

340

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

1. Waktu Pemotongan, m/men

Ltot = L + La , m

La = Allowance

2. MRR

, mm3/men

f

totm v

Lt

L4N.f.l.D.MRR 1

2

Perhitungan Proses Turning (cont’d)

Page 341: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

341

341

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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

Page 342: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

342

342

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

Proses Pemesinan Milling

Page 343: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

343

343

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Produk Pemesinan Milling

Gambar :

Page 344: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

344

344

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

Peripheral/Plane Milling Face Milling

Proses Pemesinan Milling

Page 345: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

345

345

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

Up Milling (Conventional Milling)

Down Milling (Climb Milling)

Proses Pemesinan Milling (cont’d)

Page 346: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

346

346

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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 berda ditempatnya

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 Down Milling

Page 347: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

347

347

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

Slab Milling Slotting Side Milling Straddle Milling

Conventional Face Milling Partial Face Milling End Milling

Jenis Proses Milling

Page 348: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

348

348

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

Profile Milling Pocket Milling Surface Countouring

Jenis Proses Milling (cont’d)

Page 349: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

349

349

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Proses Face Milling

Gambar :

Page 350: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

350

350

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Proses Face Milling (cont’d)

Gambar : Pengaruh bentuk insert thd permukaan hasil proses milling.

Page 351: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

351

351

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

Gambar :

Proses Face Milling (cont’d)

Page 352: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

352

352

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Efek Lead Angle

Gambar

Page 353: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

353

353

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Pahat Potong T-Slot & Shell Mill

Gambar :

Page 354: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

354

354

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Arbor

Gambar :

Page 355: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

355

355

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

Tabel :

Kapasitas Mesin dan Dimensi Benda Kerja

Page 356: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

356

356

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Biaya Pahat Potong untuk Pemesinan

Tabel :

Page 357: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

357

357

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

Rek

omen

dasi

untu

kpr

oses

Mill

ing

Tabel :

Page 358: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

358

358

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Cacat Pemesinan Milling

Gambar :

Page 359: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

359

359

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Geometri Pahat Potong

DvN

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

Page 360: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

360

360

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Approach dan Overtravel

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

Gambar :

Page 361: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

361

361

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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

Horizontal Vertikal

Ram TypeUniversal

Page 362: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

362

362

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Jenis Mesin Milling 5-axis

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

Page 363: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

363

363

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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.

Page 364: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

364

364

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Permasalahan Pemesinan MillingGambar :

Page 365: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

365

365

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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

Page 366: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

366

366

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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

Page 367: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

367

367

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

Proses Drilling(Proses Gurdi)

Page 368: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

368

368

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Pahat Potong Drilling

Gambar :

Page 369: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

369

369

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Pahat Potong Drilling (cont’d)

Gambar :

Page 370: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

370

370

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Rekomendasi Geometri Pahat Drilling

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

Page 371: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

371

371

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Pahat Potong Drilling (cont’d)

Gambar :

Page 372: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

372

372

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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

Page 373: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

373

373

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Trepanning

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

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

Gambar

Page 374: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

374

374

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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

Page 375: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

375

375

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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 pahat drilling

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

Page 376: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

376

376

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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 :

Page 377: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

377

377

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Mesin Drilling

Gambar :

Page 378: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

378

378

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Reaming Suatu operasi yang digunakan untuk :

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

Memperbaiki permukan akhir (menghaluskan).

Langkah operasi yg umum sebelum proses reaming :1. Centering

2. Drilling

3. Boring

4. Reaming

Page 379: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

379

379

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Reamer

Gambar :

Pahat potong dengan banyak sisi potong lurus atau flute heliks dan mengambil sedikit material

Untuk logam lunak, reamer mengambil minimum 0,2 mm dari diamter sebuah lubang yang digurdi

Untuk logam keras, 0,13 mm.

Page 380: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

380

380

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Tapping dan Tap

Tapping: operasi untuk membuat ulir dalam padabenda kerja

Tap: pahat potong ulir dengan gigi potong banyak.

Gambar :

Page 381: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

381

381

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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:Mesin drilling

Mesin Turning

Mesin ulir otomatis

Mesin milling CNC Vertikal

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

Page 382: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

382

382

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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.

Page 383: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

383

383

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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

Page 384: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

384

384

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

Cutting Tools (Pahat Potong)

Page 385: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

385

385

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Material Pahat Potong, Waktu Pemotongan, dan Kecepatan Potong

Perbaikan material cutting tool telah mengurangi waktu pemesinan

Page 386: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

386

386

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Karakteristik pahat potong yang diinginkan

1. 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

Page 387: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

387

387

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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)

Page 388: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

388

388

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Sifat-sifat Material Pahat Potong

Page 389: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

389

389

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Kekerasan Material Pahat Potong (Vickers)

Page 390: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

390

390

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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 pemootongan yang tajam.

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

Page 391: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

391

391

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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 1100F.

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.

Page 392: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

392

392

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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.

Page 393: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

393

393

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Geometri Pahat

Page 394: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

394

394

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Tool Wear (Keausan pahat)

Page 395: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

395

395

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Kurva keausan pahat

Page 396: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

396

396

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Kurva umur pahat Taylor

cutting speed (m/min)

tool life(min)

Taylor exponent = karaketeristik tool material

konstanta material benda-kerja

nvt CvtnC

Page 397: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

397

397

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Biaya per unit vs Kecepatan Potong

Page 398: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

398

398

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

Proses Pemesinan non-Konvensional

Page 399: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

399

399

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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.

Page 400: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

400

400

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Contoh Part hasil Proses Pemesinan non-Konvensional

Gambar :

Page 401: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

401

401

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Chemical Machining : Chemical Milling

Gambar :

Page 402: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

402

402

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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 :

Page 403: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

403

403

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Kekasaran Permukaan dan Toleransi Pemesinan

Gambar :

Page 404: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

404

404

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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 :

Page 405: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

405

405

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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.

Page 406: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

406

406

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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.

Page 407: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

407

407

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Electrochemical Machining (ECM)

Gambar :

Seperti kebalikan prinsi 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.

Page 408: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

408

408

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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 :

Page 409: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

409

409

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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.

Page 410: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

410

410

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Contoh ECM untuk Implantasi Biomedis

Gambar :

Page 411: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

411

411

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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:

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

Desain harus menghindari bentuk radius dalam yang tajam

Gambar :

Page 412: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

412

412

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Electrical-Discharge Machining (EDM)Gambar :

Page 413: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

413

413

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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: Sebagai insulator sampai beda potensialnya menjadi tinggi Sebagai media pembilas dan membawa kotoran di bagian gap 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, semakinrendah titik leburnya semakin tinggi laju keausannya.

Page 414: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

414

414

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Electrical-Discharge Machining (cont’d)

Gambar :

Gambar :

Page 415: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

415

415

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Wire EDM

Gambar :

Page 416: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

416

416

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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.

Page 417: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

417

417

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Laser Beam Machining

LASER = Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation

Gambar :

Page 418: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

418

418

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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 :

Page 419: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

419

419

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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 tersebu, 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).

Page 420: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

420

420

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Water Jet Machining

Gambar :

Page 421: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

421

421

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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:

Pemotongan dapat dilakukan pada setiap lokasi tanpapelubangan awal

Tidak terjadi panas Tidak terdapat defleksi benda kerja Hanya sedikit saja material yang terbasahi Produksi burr yang minim

Page 422: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

422

422

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Abrasive-Jet Machining

Gambar :

Page 423: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

423

423

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Abrasive-Jet Machining (cont’d)

Menggunakan udara kering, nitrogen atau karbon dioksidadicampur dengan partikel abrasif dengan kecepatan tinggi.

Digunakan untuk pemotongan: Lubang kecil, slot, pola pada material yang sangat

keras atau rapuh Deburring atau pembuangan flash pada part Trimming dan bevelling Pembuangan oksida dan permukaan film lainnya 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.

Page 424: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

424

424

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Micromachining

MEMS = Microelectromechanical System

Gambar :

Page 425: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

425

425

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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

Contoh:

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

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

Sistem fiber optik.

Page 426: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

426

426

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

Gambar :

Nanofabrication

Page 427: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

427

427

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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:

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

Robot mikroskopis untuk membawa obat.

Nanofabrication (cont’d)

Page 428: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

428

428

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

Proses Penyambungan : Welding (pengelasan)

Page 429: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

429

429

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Proses Penyambungan (Joining Processes)

Gambar :

Page 430: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

430

430

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Alasan menggunakan Proses Penyambungan

1. 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.

Page 431: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

431

431

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Klasifikasi Proses Penyambungan

Gambar :

Page 432: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

432

432

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Contoh Penyambungan dengan Welding

Gambar :

Page 433: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

433

433

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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 :

Page 434: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

434

434

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Shielded Metal Arc Welding

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

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

• Batang elektroda memiliki dua fungsi Pertama : sebagai media utk arus listrik. Kedua : material pengisi digunakan untuk menghasilkan sambungan.

• Lapisan yg mengelilingi elektroda membentuk gas yg membantu melindungi lasan.

Page 435: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

435

435

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Shielded Metal Arc Welding (cont’d)

Page 436: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

436

436

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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, atau campuran gas lain.

• GMAW digunakan untuk mengelas semua metal-metal komersial penting a.l. baja (steel), aluminum, tembaga (cooper), dan stainless steel.

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

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

Page 437: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

437

437

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Gas Metal Arc Welding (cont’d)

Page 438: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

438

438

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

Page 439: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

439

439

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

1. Ada empat metode pemindah metal : short circuit, globular, spray, dan pulsed spray. Setiap metode membutuhkan setting 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

Page 440: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

440

440

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

Page 441: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

441

441

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Gas Tungsten Arc Welding

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

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

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

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

Page 442: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

442

442

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Gas Tungsten Arc Welding (cont’d)

Page 443: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

443

443

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

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

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

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

melewati arc (busur).

Gas Tungsten Arc Welding (cont’d)

Page 444: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

444

444

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

Burn hazard Protection clothes and gloves

Eye protection against splattersand 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

Page 445: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

445

445

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

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

Page 446: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

446

446

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

Rapid Prototyping(Material Increst Manufacturing)

Page 447: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

447

447

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

Juga dinamakan :

Layered Manufacturing (LM)

Desktop Manufacturing

Solid Freeform Fabrication (SFF)

Rapid Prototyping (RP)

Page 448: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

448

448

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Rapid Prototyping : Layered Manufacturing ?

Page 449: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

449

449

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Rapid Prototyping : Layered Manufacturing ? Awal dari teknologi

rapid mechanical prototyping Topography

• Pada 1890, metode pelapisanuntuk membuatmold untuk petarelief topografi.

Photosculpture• Pada 1879, usaha

untuk membuatreplika obyek 3-dimensi, termasuk bentukmanusia.

Layered mold dari stacked sheets oleh DiMatteo (1974)

Page 450: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

450

450

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Produk Rapid Prototyping

Polyurethane/Epoxy turbines Alumina vane

Embedded copper

Internal coolingchannels S.S 316L surfaces

Invar core

Page 451: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

451

451

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Kualitas Produk : Shrouded Fan

Rapid Prototyped Part

Page 452: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

452

452

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Proses Rapid Prototyping

CAD Process Planning Mesin RP

+ Mudah dalam perencanaan utk 3D

+ Berbagai jenis material+ Fast turn around

– Akurasi : ketebalan layer (lapisan)

Page 453: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

453

453

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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

Page 454: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

454

454

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Rapid Prototyping : Mesin Stereolithography

Page 455: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

455

455

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI Rapid Prototyping : Kimia Photopolymer

Gambar :

• Photoinitiator dancairan reactivemonomers

• Cross-linking

• Solidified photopolymer tidak meleleh, tapi melunak (soften)

Page 456: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

456

456

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

1. Dapat menghasilkan geometri 3D yg kompleks.

2. Automatic process planning berdasarkan 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

Page 457: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

457

457

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

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

6. Sebagai alat komunikasi dalam simultaneous engineering.

7. Studi pemasaran thd keingingan konsumen.

8. Prototipe produk metal dan tooling dibuat dari polymer.

Rapid Prototyping : Keuntungan (cont’d)

Page 458: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

458

458

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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

Page 459: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

459

459

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

DTM FTUI

Model Stereolithography dari telepon selular.

Rapid Prototyping : Contoh Aplikasi

Page 460: Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

460

460

Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia

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

Pembuatan patung melalui proses Solid Photography