proses manufaktur dan pemilihan materials
TRANSCRIPT
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)
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
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)
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
03/07/98
5
5
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI
Evolusi Material
Material untuk proses manufaktur
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
03/07/98
7
7
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI
PROPERTIES OF 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
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:
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
03/07/98
11
11
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI
ENGINEERING STRESS-STRAIN CURVE
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
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)
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 ?
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
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
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
03/07/98
18
18
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI HARDNESS TESTS SELECTION
03/07/98
19
19
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI
HARDNESSES COMPARISONS
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
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
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
03/07/98
23
23
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI
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
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.
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
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
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
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
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
03/07/98
31
31
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Cooling Curve
03/07/98
32
32
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Cooling Curve
e
03/07/98
33
33
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Perkembangan microstructure pada isomorphous alloys Equilibrium (very slow) cooling
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
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
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
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
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
03/07/98
39
39
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Iron-Carbon Equilibrium diagram
03/07/98
40
40
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI REAKSI TIGA-FASE
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
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
03/07/98
43
43
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Simplified Iron Carbon Diagram(Steel Portion)
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
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.
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
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
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
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
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
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)
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)
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)
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)
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)
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 :
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):
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
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
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.
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
03/07/98
62
62
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Contoh produk casting
Camera case
Disc brakeTransmissionhousing
Casting
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
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
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
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.
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.
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
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
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
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
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
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)
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)
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
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)
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)
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)
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
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)
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)
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).
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)
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
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
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
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
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.
03/07/98
89
89
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI
CastingGating system (cont’d)
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.
03/07/98
91
91
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Pattern (Pola) : karakteristikCasting
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
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
03/07/98
94
94
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Pattern (Pola) (cont’d)Casting
Penambahan DRAFT
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
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
03/07/98
97
97
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI
CastingAlur Casting pembuatan Baja (Steel)
03/07/98
98
98
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Alur Casting pembuatan Baja (Steel)Casting
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
03/07/98
100
100
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI
CastingProses Casting : Keuntungan dan keterbatasannya
03/07/98
101
101
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI
CastingKekasaran permukaan (Ra) & proses casting
03/07/98
102
102
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Karakteristik Umum berbagai proses CastingCasting
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
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)
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
03/07/98
106
106
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Tahapan Proses Sand Casting (cont’d)Casting
03/07/98
107
107
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Tahapan Proses Sand Casting (cont’d)Casting
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
03/07/98
109
109
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Tahapan Proses Sand Casting (cont’d)Casting
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
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.
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
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
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
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
03/07/98
116
116
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Pembuatan Mold (cont’d)Casting
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
03/07/98
118
118
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Shell-Mold CastingCasting
Alur proses Shell molding
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
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
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
03/07/98
122
122
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Vacuum Molding (cont’d)
Alur proses Vacuum Molding
Casting
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
03/07/98
124
124
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Vacuum Injection Molding
Mesin injection molding
Casting
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
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
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
03/07/98
128
128
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI
Karakteristik Investment-mold casting :
Investment Casting (cont’d)Casting
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.
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
03/07/98
131
131
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Multiple-use Mold CastingCasting
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
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
03/07/98
134
134
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Proses dasar Permanent Mold castingCasting
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
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
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
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
03/07/98
139
139
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Siklus hot chamber Die CastingCasting
03/07/98
140
140
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Proses Die Casting
Casting
03/07/98
141
141
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Die CastingKarakteristik Die-casting :
Casting
03/07/98
142
142
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI
Metalurgi Serbuk (Powder Metalurgy)
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
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
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
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
03/07/98
147
147
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Proses Metalurgi SerbukMetalurgiSerbuk
03/07/98
148
148
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Produksi Metalurgi SerbukGas atomization
Water atomization Centrifugal atomization
MetalurgiSerbuk
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
03/07/98
150
150
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Perangkat Blending dan Mixing Metalurgi SerbukMetalurgiSerbuk
03/07/98
151
151
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI CompactingMetalurgiSerbuk
03/07/98
152
152
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI
MetalurgiSerbuk
Sintering
03/07/98
153
153
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI
MetalurgiSerbuk
Cold isostatic pressing
03/07/98
154
154
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI
MetalurgiSerbuk
Rolling Powder
03/07/98
155
155
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI
MetalurgiSerbuk
Produk PM
03/07/98
156
156
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI
MetalurgiSerbuk
Produk PM (cont’d)
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
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
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
03/07/98
160
160
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Charging
InjectionMolding
03/07/98
161
161
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Clamping/Die Closing
InjectionMolding
03/07/98
162
162
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Barrel forward & injection
InjectionMolding
03/07/98
163
163
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Barrel backward, cooling & metering
InjectionMolding
03/07/98
164
164
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Mold open, ejection & pelepasan part
InjectionMolding
03/07/98
165
165
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI
InjectionMolding
03/07/98
166
166
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Pengambilan dan pelepasan produkInjection
Molding
03/07/98
167
167
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI
Metal Forming
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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.
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)
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)
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
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 :
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)
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
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)
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)
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
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)
03/07/98
189
189
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Tekanan dan Gaya dalam Metal Forming (cont’d)
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
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
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
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
03/07/98
194
194
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI
Metal Forming
Suhu dalam Pengerjaan Logam (cont’d)
Gambar :
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
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
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
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
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 :
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
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
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
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
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
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)
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.
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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)
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
03/07/98
224
224
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Produk ForgingMetal
Forming
03/07/98
225
225
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Produksi Connecting RodMetal
Forming
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
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
03/07/98
228
228
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Faktor Bentuk (Shape Factor)Metal
Forming
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
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
03/07/98
231
231
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Open-die Forging
Fullering Edging
Cogging
Metal Forming
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
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
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
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
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
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
03/07/98
238
238
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Perbandingan Closed-die dan Flash ForgingMetal
Forming
03/07/98
239
239
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI CorningMetal
Forming
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
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
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
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
03/07/98
244
244
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Roll ForgingMetal
Forming
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
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
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
03/07/98
248
248
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Cacat ForgingMetal
Forming
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
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
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
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
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
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
03/07/98
255
255
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Tipe Proses Ekstrusi
Gambar :
Metal Forming
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
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
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
03/07/98
259
259
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Aliran Logam Proses Ekstrusi
Gambar :
Metal Forming
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
03/07/98
261
261
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Ekstrusi Panas (cont’d)
Gambar :
Metal Forming
03/07/98
262
262
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Ekstrusi Panas (cont’d)
Gambar :
Metal Forming
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
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
03/07/98
265
265
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Ekstrusi Impak
Gambar :
Gambar :
Metal Forming
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
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
03/07/98
268
268
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Cacat Ekstrusi (cont’d)
Gambar :
Metal Forming
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
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
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
03/07/98
272
272
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Operasi Penarikan (drawing)
Gambar :
Metal Forming
03/07/98
273
273
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI
Sheet Metal Forming
03/07/98
274
274
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI
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
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
03/07/98
277
277
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI
03/07/98
278
278
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI
03/07/98
279
279
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI
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
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
03/07/98
282
282
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI
03/07/98
283
283
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI
03/07/98
284
284
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI
03/07/98
285
285
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI
03/07/98
286
286
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI
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
03/07/98
288
288
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI
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
03/07/98
290
290
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI
03/07/98
291
291
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI
03/07/98
292
292
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI
03/07/98
293
293
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI
03/07/98
294
294
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI
03/07/98
295
295
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI
03/07/98
296
296
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI
03/07/98
297
297
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Operasi Bending lainnya (cont’d)
Gambar :
Metal Forming
03/07/98
298
298
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Peralatan Sheet Metal Forming
Gambar :
Metal Forming
03/07/98
299
299
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI
Machining Proses (Proses Pemesinan)
03/07/98
300
300
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Kisaran Kekasaran Permukaan Proses Pemesinan
03/07/98
301
301
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Kisaran Toleransi Dimensi Proses Pemesinan
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 :
03/07/98
303
303
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI
Cut
ting
Spee
d &
Feed
-rat
e
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
)
03/07/98
305
305
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Cutting Speed & Feed-rate (cont’d)
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 :
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) :
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) :
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) :
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) :
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) :
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.
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
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.
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
03/07/98
316
316
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Gaya dan Energi dlm Proses Pemesinan (cont’d)
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.
03/07/98
318
318
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Pendinginan (cutting fluids) dalam Pemesinan
03/07/98
319
319
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Cutting fluids dlm Pemesinan (cont’d)
03/07/98
320
320
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI
Turning Process(Proses Pemesinan Bubut)
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.
03/07/98
322
322
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Skema Proses Turning (cont’d)
03/07/98
323
323
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Mesin Turning Manual
Gambar
03/07/98
324
324
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Mesin Turning Manual (cont’d)
03/07/98
325
325
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Mesin Turning CNC
Gambar :
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
03/07/98
327
327
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Sudut dalam Pemotongan Turning
03/07/98
328
328
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Pahat Potong Turning
Gambar
Pahat insert :
03/07/98
329
329
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Pahat Potong Turning (cont’d)Pahat insert :
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 :
03/07/98
331
331
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Collet
Gambar :
03/07/98
332
332
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI
Gambar :
Metode Pencekaman (clamping) Benda Kerja
03/07/98
333
333
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Mandrel
Gambar :
03/07/98
334
334
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Proses Pemotongan Ulir (thread cutting)
Gambar
03/07/98
335
335
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI
Gambar
Pemesinan Turning dengan Turret Turning
03/07/98
336
336
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI
Gambar :
Proses Boring (pembesaran lubang)
03/07/98
337
337
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Boring Bar & Boring Mill
Gambar :
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
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)
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)
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
03/07/98
342
342
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI
Proses Pemesinan Milling
03/07/98
343
343
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Produk Pemesinan Milling
Gambar :
03/07/98
344
344
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI
Peripheral/Plane Milling Face Milling
Proses Pemesinan Milling
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)
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
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
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)
03/07/98
349
349
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Proses Face Milling
Gambar :
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.
03/07/98
351
351
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI
Gambar :
Proses Face Milling (cont’d)
03/07/98
352
352
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Efek Lead Angle
Gambar
03/07/98
353
353
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Pahat Potong T-Slot & Shell Mill
Gambar :
03/07/98
354
354
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Arbor
Gambar :
03/07/98
355
355
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI
Tabel :
Kapasitas Mesin dan Dimensi Benda Kerja
03/07/98
356
356
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Biaya Pahat Potong untuk Pemesinan
Tabel :
03/07/98
357
357
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI
Rek
omen
dasi
untu
kpr
oses
Mill
ing
Tabel :
03/07/98
358
358
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Cacat Pemesinan Milling
Gambar :
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
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 :
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
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
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.
03/07/98
364
364
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Permasalahan Pemesinan MillingGambar :
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
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
03/07/98
367
367
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI
Proses Drilling(Proses Gurdi)
03/07/98
368
368
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Pahat Potong Drilling
Gambar :
03/07/98
369
369
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Pahat Potong Drilling (cont’d)
Gambar :
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)
03/07/98
371
371
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Pahat Potong Drilling (cont’d)
Gambar :
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
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
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
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
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 :
03/07/98
377
377
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Mesin Drilling
Gambar :
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
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.
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 :
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.
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.
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
03/07/98
384
384
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI
Cutting Tools (Pahat Potong)
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
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
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)
03/07/98
388
388
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Sifat-sifat Material Pahat Potong
03/07/98
389
389
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Kekerasan Material Pahat Potong (Vickers)
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.
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.
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.
03/07/98
393
393
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Geometri Pahat
03/07/98
394
394
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Tool Wear (Keausan pahat)
03/07/98
395
395
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Kurva keausan pahat
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
03/07/98
397
397
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Biaya per unit vs Kecepatan Potong
03/07/98
398
398
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI
Proses Pemesinan non-Konvensional
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.
03/07/98
400
400
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Contoh Part hasil Proses Pemesinan non-Konvensional
Gambar :
03/07/98
401
401
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Chemical Machining : Chemical Milling
Gambar :
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 :
03/07/98
403
403
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Kekasaran Permukaan dan Toleransi Pemesinan
Gambar :
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 :
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.
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.
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.
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 :
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.
03/07/98
410
410
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Contoh ECM untuk Implantasi Biomedis
Gambar :
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 :
03/07/98
412
412
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Electrical-Discharge Machining (EDM)Gambar :
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.
03/07/98
414
414
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Electrical-Discharge Machining (cont’d)
Gambar :
Gambar :
03/07/98
415
415
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Wire EDM
Gambar :
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.
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 :
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 :
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).
03/07/98
420
420
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Water Jet Machining
Gambar :
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
03/07/98
422
422
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Abrasive-Jet Machining
Gambar :
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.
03/07/98
424
424
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Micromachining
MEMS = Microelectromechanical System
Gambar :
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.
03/07/98
426
426
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI
Gambar :
Nanofabrication
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)
03/07/98
428
428
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI
Proses Penyambungan : Welding (pengelasan)
03/07/98
429
429
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Proses Penyambungan (Joining Processes)
Gambar :
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.
03/07/98
431
431
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Klasifikasi Proses Penyambungan
Gambar :
03/07/98
432
432
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Contoh Penyambungan dengan Welding
Gambar :
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 :
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.
03/07/98
435
435
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Shielded Metal Arc Welding (cont’d)
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.
03/07/98
437
437
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Gas Metal Arc Welding (cont’d)
03/07/98
438
438
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI
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
03/07/98
440
440
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI
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.
03/07/98
442
442
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Gas Tungsten Arc Welding (cont’d)
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)
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
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.
03/07/98
446
446
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI
Rapid Prototyping(Material Increst Manufacturing)
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)
03/07/98
448
448
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Rapid Prototyping : Layered Manufacturing ?
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)
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
03/07/98
451
451
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Kualitas Produk : Shrouded Fan
Rapid Prototyped Part
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)
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
03/07/98
454
454
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI Rapid Prototyping : Mesin Stereolithography
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)
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
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)
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
03/07/98
459
459
Laboratorium Teknologi ManufakturDepartemen Teknik MesinFakultas Teknik– Universitas Indonesia
DTM FTUI
Model Stereolithography dari telepon selular.
Rapid Prototyping : Contoh Aplikasi
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