Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

03/07/98

DTM FTUI

Dasar Proses Manufaktur (Fundamentals of Manufacturing Processes)

Dr. Ir. Gandjar Kiswanto, MEng Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

1

1

03/07/98

DTM FTUI

Pengajar dan Referensi • • • • •

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.

Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

2

2

03/07/98

DTM FTUI

Topik kuliah 1.

Proses pengecoran logam (Casting)

2.

Proses pembentukan logam : Forging, Rolling, Extrusion, Drawing, Sheet Metal Forming

3.

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.

Rapidprototyping

9.

Praktikum (Lab section)


3

3

03/07/98

Tahap dari desain hingga proses manufaktur Conceptual design

Design

Preliminary design Prototype Verification Revised design Final design

Process selection, design and planning

Tool selection and design Tool construction and installation

Production planning and scheduling

Tooling

Plan for production

DTM FTUI

Manufacturing


4

4

03/07/98

DTM FTUI

Material untuk proses manufaktur

Evolusi Material Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

5

5

03/07/98

DTM FTUI

Jenis Material dan Proses Manufaktur Manufacturing Processes Materials Ferrous •Cast Iron •Steel

Alloys

Heat treatment

Non-Ferrous

Casting

• • • • • •

Forging

Alumunium Copper Zinc Titanium Magnesium Nickel

Rolling Extrusion Forming Machining

Composites

Polymers

Joining Surface treatment

Ceramics

Rapidprototyping (Material Incress Manufacturing) Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

6

6

03/07/98

DTM FTUI

PROPERTIES OF MATERIALS


7

7

03/07/98

DTM FTUI

MATERIALS METALLIC

NONMETALLIC

 Ferrous (Stainless Steel, Cast Iron, etc)  Non Ferrous (Copper, Bronze, Aluminium, etc)

• •

 Wood  Polymer  Composite

Physical Properties Mechanical Properties Static Properties Dynamic Properties Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

8

8

03/07/98

DTM FTUI

PHYSICAL PROPERTIES Beberapa properties fisik penting dari material yang harus dipertimbangkan adl: Physical Properties

Metallic Materials

Nonmetallic Materials

Specific Heat

<<<

>>>

Thermal Conductivity

>>>

<<<

Thermal Expansion

>>>

<<<

Electrical Conductivity

>>>

<<<

Magnetic Response

>>>

<<<

Density

>>>

<<<

Melting Point

>>>

<<<

Light Reflection

>>>

<<<


9

9

03/07/98

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 Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

10

10

03/07/98

DTM FTUI

ENGINEERING STRESS-STRAIN CURVE


11

11

03/07/98

DTM FTUI

STRAIN HARDENING What is strain hardening? What is Damping Capacity?

= K n


12

12

03/07/98

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)


13

13

03/07/98

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)

187.5

Tembaga (Cu)

62.5

Aluminium (Al)

31.25

Mengapa berbeda ?


14

14

03/07/98

DTM FTUI

ROCKWELL HARDNESS 15T SUPERFICIAL TEST • Keuntungan/keunggulan : Rapid test, biasanya kurang dari 10 detik Direct 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 E18 ISO 6508-1


15

15

03/07/98

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 Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

16

16

03/07/98

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


17

17

03/07/98

DTM FTUI

HARDNESS TESTS SELECTION


18

18

03/07/98

DTM FTUI

HARDNESSES COMPARISONS


19

19

03/07/98

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


20

20

03/07/98

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

Energy to rupture

Brittle failures Mixed failures

Temperature


21

21

03/07/98

DTM FTUI

FATIGUE , ENDURANCE LIMIT, AND TEMPERTURE EFFECT Fatigue : Failure due to CYCLIC loads (S
S = stress amplitude unsafe

case for steel (typ.)

Sfat safe 103

105 107 109 N = Cycles to failure


22

22

03/07/98

DTM FTUI


23

23

03/07/98

DTM FTUI

CREEP

First stage (primary) : Creep rate decrease due to strain hardening Second stage (secondary) : Creep at constant rate

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

Third stage (tertiary) : Creep rate acceleration


24

24

03/07/98

DTM FTUI

CREEP (CONT.)

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


25

25

03/07/98

DTM FTUI

EQUILIBRIUM PHASE DIAGRAMS Dan Sistem IRON CARBON

Dr. Ir. Gandjar Kiswanto, MEng Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

26

26

03/07/98

DTM FTUI CHAPTER 4 PHASE EQUILIBRIUM PHASE DIAGRAM P-T DIGRAM

TEMPERATURE-COMPOSITION DIAGRAM

COOLING CURVE

PARTIAL EQUILIBRIUM DIAGRAM SOLUBILITY INSOLUBIITY

Utilization of Diagram Solidification process IRON-CARBON EQUILIBRIUM DIAGRAM CAST IRON


27

27

03/07/98

DTM FTUI

EQUILIBRIUM PHASE DIAGRAM  Phase yaitu bentuk sederhana dari material yang memiliki susunan dan jenis karakteristiknya sendiri.  Phase memiliki  Definable structure  A Uniform and identifiable chemistry  Distinc Boundaries or interfaces



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

P-T Diagram Temperature-Composition Diagram Cooling Curves Partial Equilibrium diagram


28

28

03/07/98

DTM FTUI

P-T Diagram  Salah satu bentuk diagram paling sederhana dari PhaseDiagram  3 Parameter yang penting dalam diagram ini yaitu  Temperatur  Tekanan  Komposisi


29

29

03/07/98

DTM FTUI

Temperature-Composition Diagram  Garis Vertikal menunjukkan garis Constant Composition Scan  Garis Horizontal menunjukkan garis Isothermal Scan


30

30

03/07/98

DTM FTUI

Cooling Curve


31

31

03/07/98

DTM FTUI

Cooling Curve

e


32

32

03/07/98

DTM FTUI

Perkembangan microstructure pada isomorphous alloys Equilibrium (very slow) cooling


33

33

03/07/98

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


34

34

03/07/98

DTM FTUI

Solubility adalah kemampuan suatu material untuk dapat menyatu secara total dengan material lainnya : • Complete solubility baik pada fase cair dan fase padat • Partial solid solibility


35

35

03/07/98

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


36

36

03/07/98

DTM FTUI

Pemanfaatan Diagram Diagram ini berguna untuk menyediakan gambaran keseluruhan dari suatu sistem campuran atau untuk mengidentifikasi titik transisi untuk beragam perubahan dalam suatu phase. The Phases present The Composition Of Each Phase The Amount Of Each Phase Present


37

37

03/07/98

DTM FTUI

Solidification process  Perubahan dari satu phase ke lainnya tidak terjadi dalam seketika tapi membutuhkan waktu,yang tergantung dari massa dan koefisien konduktivitas thermal suatu logam.  Proses ini mengalami dua tahapan :  Nukleasi  Pertumbuhan


38

38

03/07/98

DTM FTUI

Iron-Carbon Equilibrium diagram


39

39

03/07/98

DTM FTUI

REAKSI TIGA-FASE


40

40

03/07/98

DTM FTUI

INTERMETALLIC COMPOUND

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


41

41

03/07/98

DTM FTUI

Struktur Fasa Besi karbon  Fasa yang terjadi:  Besi Delta  Ferrite  Austenite  Cementite  Perlite  Ledeburite


42

42

03/07/98

DTM FTUI

Simplified Iron Carbon Diagram (Steel Portion)


43

43

03/07/98

DTM FTUI

Cast Iron  Suatu campuran besi karbon yang memiliki kandungan karbon lebih dari 2,11%  Jenis-jenis cast iron:  Gray Cast Iron • Laju pendinginan rendah

 White Cast Iron • Laju pendinginan tinggi


44

44

03/07/98

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. Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

45

45

03/07/98

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. Pemanasan

Penjagaan Temperatur

Pendinginan


46

46

03/07/98

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


47

47

03/07/98

DTM FTUI

Heat Treatment (cont’d) 1. Annealing 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 Macam – macam Proses Annealing :

• • • •

Full Annealing Recrystalisasi Annealing Stress Relieve Annealing Spherodizition Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

48

48

03/07/98

DTM FTUI

Heat Treatment (cont’d) 2. Normalizing  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


49

49

03/07/98

DTM FTUI

Heat Treatment (cont’d) 3. Hardening  Proses pemanasan baja sampai pada suhu didaerah atau di atas daerah kritis.  Tujuannya : untuk mengubah struktur baja sedemikian rupa sehingga diperoleh struktur baja yang keras.  Prosesnya adalah dengan cara menaikkan suhu baja sampai sekitar 770°C sampai dengan 830°C. Kemudian ditahan beberapa saat kemudian didinginkan secara mendadak dengan mencelupkan kedalam air, oli atau media pendingin lain. Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

50

50

03/07/98

DTM FTUI

Heat Treatment (cont’d) 3. Hardening (cont’d) Proses hardening dapat dilakukan juga dgn mengeraskan permukaan benda yang dapat dibagi 4 proses yaitu : 1. Carborizing 2. Flame hardening 3. Nitriding 4. Blaken dan Brownir


51

51

03/07/98

DTM FTUI

Heat Treatment (cont’d) 3. Hardening (cont’d) Carborizing :  Carborizing adalah salah satu metode yang digunakan untuk menghasilkan permukaan baja yg berkadar karbon rendah (0,3%).  Proses carborizing didasarkan atas kemampuan baja untuk menyerap carbon pda suhu 900°C - 950°C.  Caranya  Baja yang akan diproses dimasukkan kedalam besi yg berisi arang kayu atau batu bara + barium karbonat kemudian suhu dan waktu pemanasan tercapai kemudian dapur didinginkan kira-kira suhu 350°C benda di keluarkan dan didinginkan di udara. Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

52

52

03/07/98

DTM FTUI

Heat Treatment (cont’d) 3. Hardening (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.


53

53

03/07/98

DTM FTUI

Heat Treatment (cont’d) 3. Hardening (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. Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

54

54

03/07/98

DTM FTUI

Heat Treatment (cont’d) 3. Hardening (cont’d) Blaken dan Brownir :  Blaken adalah proses memberi warna hitam pada permukaan benda kerja, agar tahan terhadap korosi.  Brownir adalah proses memberi warna cokelat pada permukaan benda kerja agar tahan terhadap korosi.


55

55

03/07/98

DTM FTUI

Heat Treatment (cont’d) 4. Tempering :  Proses memanaskan kembali baja yg telah dikeraskan dan didinginkan secara perlahan-lahan untuk menghilangkan tegangan dalam dan mengurangi kekerasannya. Suhu yg biasa di gunakan dalam proses ini berkisar 150°C sampai 650°C.  Tujuan Tempering a.l. : Mengurangi tegangan sisa yang timbul selama quenching mengurangi kekerasan Mengurangi kerapuhan Meningkatkan keuletan baja Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

56

56

03/07/98

DTM FTUI

Heat Treatment (cont’d) 4. Tempering (cont’d): Macam-macam Tempering :  Tempering suhu rendah ( 150°C sampai 300°C ) :  Untuk mengurangi tegangan dalam dan mengurangi kerapuhan dari baja. Digunakan pada alat-alat yang tidak mengalami pembebanan yang berat. Misalnya pada : alat-alat potong, 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 ) : Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

57

57

03/07/98

DTM FTUI

Pengelompokan Proses Manufaktur Expendable mold Casting Multiple use mold Conventional Machining Machining Non-conventional Machining

Forming

Welding Brazing Soldering Adhesive Bonding Mechanical Bonding

Turning Milling Drilling, Boring Taping Grinding, Honing, Lapping Etching Electro Discharge machining Electro Polishing Water jet Laser beam Forging Rolling Extrusion Bending Deep Drawing Spinning Swaging

Hot Forming Cold Forming

Joining

Sand casting Shell casting Investment casting Lost foam casting Die Casting Permanent mold casting

Oxyfuel Arc Plasma Laser Discrete fastener Integral fastener Shrink fit Press fit


58

58

03/07/98

DTM FTUI Expendable mold Casting Multiple use mold Conventional Machining Machining Non-conventional Machining

Forming

Hot Forming Cold Forming

Welding Joining

Brazing Soldering Adhesive Bonding Mechanical Bonding

Sand casting Shell casting Investment casting Lost foam casting Die Casting Permanent mold casting Turning Milling Drilling, Boring Taping Grinding, Honing, Lapping Etching Electro Discharge machining Electro Polishing Water jet Laser beam Forging Rolling Extrusion Bending Deep Drawing Spinning Swaging Oxyfuel Arc Plasma Laser Discrete fastener Integral fastener Shrink fit Press fit


59

59

03/07/98

DTM FTUI

Casting (pengecoran) 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

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. Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

60

60

03/07/98

DTM FTUI

Casting

Keuntungan dan kekurangan Casting : Keuntungan dalam penggunaan proses casting (pengecoran)? : • 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.

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 Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

61

61

03/07/98

DTM FTUI

Casting

Contoh produk casting

Camera case

Disc brake

Transmission housing


62

62

03/07/98

DTM FTUI

Casting

Alur proses casting (garis besar) Pembuatan mold (cetakan)

Peleburan material  metal (logam)

Penuangan metal cair ke dalam mold Proses pembekuan metal cair Pengangkatan produk cetakan dan pembersihan

Sand casting : Daur ulang sand mold (pasir cetak) Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

63

63

03/07/98

DTM FTUI

Casting

Jenis Mold untuk Casting 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 sejenis Lebih ekonimis  laju produksi kecil

b. Multiple-use mold Mold dapat digunakan berulang kali untuk menghasilkan produk casting Dibuat dari metal atau graphite Biaya tinggi  laju produksi besar

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


64

64

03/07/98

DTM FTUI

Casting

Jenis Mold untuk Casting (cont’d)

a)

Open mold  Mold dgn bentuk sederhaana  spt kontainer (wadah) yg berbentuk produk yg diinginkan

b)

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

Gambar : Jenis mold dan komponen-komponen pada mold Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

65

65

03/07/98

DTM FTUI

Casting

Komponen-komponen Mold

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. Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

66

66

03/07/98

DTM FTUI

Casting

Komponen-komponen Mold (cont’d)

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. Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

67

67

03/07/98

DTM FTUI

Casting

Komponen-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 Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

68

68

03/07/98

DTM FTUI

Casting

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

Non Ferrous : • Alumunium • Cast iron (besi cor) • Copper (Tembaga) • Steel (baja) • Zinc (Seng) • Timah Hampir semua logam dapat dicasting • Magnesium Yang lebih baik memiliki sifat : • Nickel  Titik lebur rendah • Titanium  Beda titik lebur dengan titik didih cukup jauh  Fluiditasnya baik  Tidak terlalu reaktif dengan udara pada suhu tinggi

Contoh yg umum : Metal  Ferrous :

 


69

69

03/07/98

DTM FTUI

Casting

Persyaratan dasar dalam proses casting 6 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)


70

70

03/07/98

DTM FTUI

Casting

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 !


71

71

03/07/98

DTM FTUI

Casting

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 12% Melting

12%

Heat Treatment Post Cast

8%

55%

Coremaking Moldmaking Other

7% 6%


72

72

03/07/98

DTM FTUI

Casting

Pemanasan Metal (logam) • 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  V Cs Tm  To   H f  Cl Tp  Tm 

(1)

 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) Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

73

73

03/07/98

DTM FTUI

Casting

Pemanasan Metal (cont’d) 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


74

74

03/07/98

DTM FTUI

Casting

Penuangan Metal cair • 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)


75

75

03/07/98

DTM FTUI

Casting

Analisa proses penuangan (pouring) • Laju aliran (Flow velocity) :

v  2 gh

(2)

• Laju volumetrik aliran (Volume rate of flow) :

Q  v1 A1  v2 A2

(3)

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

MFT 

V Q

(4)

 MFT = mold filling time, sec (s)  V = volume of mold cavity, in3 (cm3)  Q = volume flow rate, in3/sec (cm3/s) Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

76

76

03/07/98

DTM FTUI

Casting

Analisa proses penuangan (cont’d) Contoh : A certain mold has a sprue whose length is 8.0 in. and the cross-sectional area at the base of the sprue is 0.4 in2. The sprue feeds a horizontal runner leading into a mold cavity whose volume is 100 in.3. Determine (a) velocity of the molten metal at the base of the sprue, (b) volumetric flow-rate , and (c) time to fill the mold Solusi : (a) The velocity of the flowing metal at the base of the sprue is given by eq (2):

v  2 gh  2(386.6)(8.0)  78.65 in. / sec (b) The volumetric flow rate is

Q  vA  (0.4 in.2 )(78.65 in. / sec)  31.5 in.3 / sec (c) The time required to fill a mold cavity of 100 in.3 at this flow rate is

MFT 

V 100   3.2 sec Q 31.5 Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

77

77

03/07/98

DTM FTUI

Casting

Proses pembekuan (solidification process) Pada proses pembekuan : •Karakteristik struktur yg menentukan properties (sifat) dari produk di-set •Dapat terjadi Cacat produk casting (cor)  porositas gas dan penciutan produk Sifat-sifat proses pembekuan diketahui melalui  Cooling curve  kurva yg menggambarkan transisi pada struktur material (metal) dari liquid ke padat menurut perubahan suhu-waktu  penting utk proses penuangan dan pembekuan !!! 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. Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

78

78

03/07/98

Casting

Proses pembekuan (cont’d) Pelepasan panas  transisi liquid ke solid!

superheat

DTM FTUI

Figure : Cooling curve for a pure metal during casting Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

79

79

03/07/98

DTM FTUI

Casting

Proses pembekuan (cont’d) Total liquid

Freezing range

Total solid

Two phase

Figure : (a) Phase diagram for a copper-nickel alloy system, and (b) associated cooling curve for a 50%Ni-50%Cu composition during casting Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

80

80

03/07/98

DTM FTUI

Casting

Waktu pembekuan (Solidification Time)

Sh = Pt - Ft

(5)

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

 Chvorinov’s Rule (memperkirakan waktu pembekuan) :

V  TST  Cm    A

n

(6)

Dimana : TST = Total solidification time, min V = 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 Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

81

81

03/07/98

DTM FTUI

Casting

Penciutan (Shringkage) Volumetric reduction of the casted parts due to solidification and cooling (Penciutan (pengurangan ukuran) volumetrik castedpart karena proses solidifikasi dan pendinginan). Shringkage tjd dalam 3 proses : 1.

Liquid contraction

2.

Solidification

3.

Solid thermal contraction


82

82

03/07/98

DTM FTUI

Casting

Penciutan (Shringkage) (cont’d) Volumetric contraction due to: Solidification shrinkage, %

Solid thermal contraction, %

Aluminum

7.0

5.6

Aluminum alloy (typical)

7.0

5.0

Gray cast iron

1.8

3.0

0

3.0

Low carbon cast steel

3.0

7.2

Copper

4.5

7.5

Bronze (Cu-Sn)

5.5

6.0

Metal

Gray cast iron, high carbon


83

83

03/07/98

DTM FTUI

Casting

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


84

84

03/07/98

DTM FTUI

Casting

Permasalahan dalam metal-cair 1.

Dross atau Slag  metal 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 cor  memperburuk 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.


85

85

03/07/98

DTM FTUI

Casting

Permasalahan dalam metal-cair (cont’d) 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 turbulens yg 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).


86

86

03/07/98

DTM FTUI

Casting

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 cavity  misruns 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 sandcasting : metal cair bagian luar menyusup pada permukaan pasir  permukaan produk cor mengandung pasir !


87

87

03/07/98

DTM FTUI

Casting

Gating system Gating 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 system 

menghindari 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. Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

88

88

03/07/98

DTM FTUI

Casting

Gating system (cont’d)


89

89

03/07/98

DTM FTUI

Casting

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. •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. Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

90

90

03/07/98

DTM FTUI

Casting

Pattern (Pola) : karakteristik


91

91

03/07/98

DTM FTUI

Casting

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 bagian  mempermudah pengambilan pattern dan produk casting. • Buat DRAFT untuk mempermudah pelepasan pattern yg memiliki permukaan tegak-lurus parting-line (parallel dgn arah penarikan mold).

No

Material

Allowance untuk kontraksi

1

Cast Iron

0.8-1.0%

2

Steel

1.5-2.0%

3

Alumunium

1.0-1.3%

4

Brass

1.5% Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

92

92

03/07/98

DTM FTUI

Casting

Pattern (Pola) (cont’d) Penambahan DRAFT

Contoh Shrink rule dan allowances


93

93

03/07/98

DTM FTUI

Casting

Pattern (Pola) (cont’d) Penambahan DRAFT


94

94

03/07/98

DTM FTUI

Casting

Pertimbangan dalam perancangan casting •Parting plane mempengaruhi : 1. Jumlah core : perubahan parting line dpt menghilangkan core ! 2. Penggunaan gating system yg efektif dan ekonomis 3. Berat akhir produk casting 4. Metode untuk menyangga core 5. Ke-akurasian dimensi akhir 6. Kemudahan molding •Ketebalan minimum bagian casting : 


95

95

03/07/98

DTM FTUI

Casting

Pertimbangan dalam perancangan casting (cont’d) •Pemakaian fillet pada perpotongan dua bagian casting  mengurangi konsentrasi tegangan. Fillet berlebihan  Hot Spot !

Gambar : Aturan dalam pemakaian fillet

Hot Spot


96

96

03/07/98

DTM FTUI

Casting

Alur Casting pembuatan Baja (Steel)


97

97

03/07/98

DTM FTUI

Casting

Alur Casting pembuatan Baja (Steel)


98

98

03/07/98

DTM FTUI

Casting

Jenis proses Casting 1.

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   

2. 3.

Mold dapat digunakan berulang kali untuk menghasilkan produk casting Dibuat dari metal atau graphite Biaya tinggi  laju produksi besar

Jenis MATERIAL mold : Sand (pasir)  sand casting, metal, atau material lain. Proses Penuangan (POURING process): gravity (gravitasi), sentrifugal (centrifuge), vacum, tekanan (low/high pressure).


99

99

03/07/98

DTM FTUI

Casting

Proses Casting : Keuntungan dan keterbatasannya


100

100

03/07/98

DTM FTUI

Casting

Kekasaran permukaan (Ra) & proses casting


101

101

03/07/98

DTM FTUI

Casting

Karakteristik Umum berbagai proses Casting


102

102

03/07/98

DTM FTUI

Casting

Expendable Mold Casting 1.

Single-use mold dengan multiple-use pattern

2.

Single-use mold dengan single-use pattern


103

103

03/07/98

DTM FTUI

Casting

Sand casting

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


104

104

03/07/98

DTM FTUI

Casting

Tahapan Proses Sand Casting

Sand

Raw material

Core making (if needed)

Pattern making

Preparation of sand

Mold making

Melting

Pouring

Solidification and cooling

Cleaning and inspection

Removal of sand mold Finished casting

Gambar : Tahapan proses sand casting (termasuk pembuatan pattern dan mold) Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

105

105

03/07/98

DTM FTUI

Casting

Tahapan Proses Sand Casting (cont’d)


106

106

03/07/98

DTM FTUI

Casting



107

107

03/07/98

DTM FTUI

Casting

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

Drag Board

Pemampatan pasir di DRAG Dibalik

Cope

Cope Board

Pemampatan pasir di COPE

Drag


108

108

03/07/98

DTM FTUI

Casting



109

109

03/07/98

DTM FTUI

Casting

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.


110

110

03/07/98

DTM FTUI

Casting

Pembuatan 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.


111

111

03/07/98

DTM FTUI

Casting

Pembuatan Core (inti) (cont’d)

Gambar : Engine blok V-8 dam lima dry-sand core nya Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

112

112

03/07/98

DTM FTUI

Casting

Sand Conditioning (Pengkondisian Pasir) SAND  Silica (SiO2), zircon atau olivine (forsterite dan fayalite) + bahan additive.

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 TESTING


113

113

03/07/98

DTM FTUI

Casting

Sifat Sand yg baik untuk Casting 13 sifat  1. Tidak mahal dalam jumlah besar 2. Tahan terhadap proses transportasi dan penyimpanan 3. Dapat mengisi flask secara merata 4. Dapat di mampatkan dgn metode yg sederhana 5. Memiliki elastisitas yg cukup untuk tahan thd proses penarikan (pemisahan) pattern 6. Dapat tahan suhu tinggi dan menjadi ukurannya hingga metal (material) membeku 7. Cukup permeable untuk melepaskan (melewatkan gas) 8. Cukup padat untuk mencegah penetrasi metal cair 9. Cukup cohesive untuk mencegah terlepasnya agregat kedalam penuangan 10. Tahan reaksi terhadap metal (material) yg di cast 11. Dapat membiarkan solidification dan thermal shringkage  mencegah crack (retak) dan sobekan 12. Memiliki collapsibility untuk memungkinkan pelepasan produk casting dengan mudah 13. Dapat di daur ulang (recycled  dipakai lagi) Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

114

114

03/07/98

DTM FTUI

Casting

Pembuatan Mold Berbagai jenis teknik pembuatan sand mold :

Flat-head squeezing

Profile-head squeezing

Jolting

Equalizing squeez pistons Flexible diaphragma


115

115

03/07/98

DTM FTUI

Casting

Pembuatan Mold (cont’d)


116

116

03/07/98

DTM FTUI

Casting

Klasifikasi Sand Mold  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 400 o 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.


117

117

03/07/98

DTM FTUI

Casting

Shell-Mold Casting Alur proses Shell molding 


118

118

03/07/98

DTM FTUI

Casting

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


119

119

03/07/98

DTM FTUI

Casting

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

Pattern untuk Sand-mold casting

Dua shell sebelum clamping dan produk akhir Shell mold


120

120

03/07/98

DTM FTUI

Casting

Vacuum Molding 



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


121

121

03/07/98

DTM FTUI

Casting

Vacuum Molding (cont’d)

Alur proses Vacuum Molding Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

122

122

03/07/98

DTM FTUI

Casting

Vacuum Assisted Molding 

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


123

123

03/07/98

DTM FTUI

Casting

Vacuum Injection Molding

Mesin injection molding


124

124

03/07/98

DTM FTUI

Casting

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

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


125

125

03/07/98

DTM FTUI

Casting

Alur proses Investment Casting

Gambar : urutan proses investment-mold casting (investment casting institute) Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

126

126

03/07/98

DTM FTUI

Casting

Investment Casting (cont’d) Keuntungan :     

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 nearnet-shape maka akan mengurangi atau menghilangkan biaya perlengkapan. Mengurangi biaya produksi dan meningkatkan keuntungan  investment casting tidak memerlukan modal atau biaya permesinan yang besar.

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.


127

127

03/07/98

DTM FTUI

Casting

Investment Casting (cont’d) Karakteristik Investment-mold casting :


128

128

03/07/98

DTM FTUI

Casting

Expanded 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.


129

129

03/07/98

DTM FTUI

Casting

Expanded Polystyrene Casting (cont’d) Karakteristik Full-mold (expended polystyrene) casting :


130

130

03/07/98

DTM FTUI

Casting

Multiple-use Mold Casting


131

131

03/07/98

DTM FTUI

Casting

Permanent Mold casting 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. Keuntungan :  Permukaan baik  Ketelitian dimensi baik  Produk kuat

Kerugian :  Terbatas pada logam  Bentuk sederhana


132

132

03/07/98

DTM FTUI

Casting

Permanent Mold casting (cont’d) Karakteristik Permanent-mold casting :


133

133

03/07/98

DTM FTUI

Casting

Proses dasar Permanent Mold casting


134

134

03/07/98

DTM FTUI

Casting

Parameter pengaruh umur Mold 1. 2. 3. 4. 5.

Alloy yg di cast (cor)  semakin tinggi titik lebur, semakin pendek umur mold. Material mold  gray cast iron memiliki thermal fatigue yg terbaik dan dpt di mesin dgn mudah  banyak digunakan sbg mold. Suhu penuangan  Semakin tinggi suhu penuangan, semakin pendek umur mold, meningkatkan masalah penciutan (shringkage). Suhu mold  bila suhu terlalu rendah, misruns dpt terjadi. Bila suhu terlalu tinggi, erosi mold dpt terjadi. Konfigurasi mold  perbedaan ukuran dari bagian2 mold atau produk yg di cor, dpt menurunkan umur mold.


135

135

03/07/98

DTM FTUI

Casting

Variasi dari Permanent Mold Casting  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).


136

136

03/07/98

DTM FTUI

Casting

Die Casting  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.

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


137

137

03/07/98

DTM FTUI

Casting

Siklus cold chamber Die Casting

Gambar : Siklus dalam cold-chamber casting


138

138

03/07/98

DTM FTUI

Casting

Siklus hot chamber Die Casting


139

139

03/07/98

DTM FTUI

Casting

Proses Die Casting


140

140

03/07/98

DTM FTUI

Casting

Die Casting Karakteristik Die-casting :


141

141

03/07/98

DTM FTUI

Metalurgi Serbuk (Powder Metalurgy)


142

142

03/07/98

DTM FTUI

Metalurgi Serbuk

Metalurgi Serbuk (Powder Metalurgy)   

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)

Mengapa memakai Powder Metalurgy ? :      

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


143

143

03/07/98

DTM FTUI

Metalurgi Serbuk

Metalurgi Serbuk (Powder Metalurgy) (cont’d) Kekurangan Powder Metalurgy ? :     

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


144

144

03/07/98

DTM FTUI

Metalurgi Serbuk

Metalurgi Serbuk (Powder Metalurgy) (cont’d) Ukuran Screen Mesh


145

145

03/07/98

DTM FTUI

Metalurgi Serbuk

Metalurgi Serbuk (Powder Metalurgy) (cont’d) Berbagai bentuk partikel :


146

146

03/07/98

DTM FTUI

Metalurgi Serbuk

Proses Metalurgi Serbuk


147

147

03/07/98

DTM FTUI

Metalurgi Serbuk

Produksi Metalurgi Serbuk Gas atomization

Water atomization

Centrifugal atomization


148

148

03/07/98

DTM FTUI

Metalurgi Serbuk

Produksi Metalurgi Serbuk (cont’d) Urutan proses pembuatan serbuk metal


149

149

03/07/98

DTM FTUI

Metalurgi Serbuk

Perangkat Blending dan Mixing Metalurgi Serbuk


150

150

03/07/98

DTM FTUI

Metalurgi Serbuk

Compacting


151

151

03/07/98

DTM FTUI

Metalurgi Serbuk

Sintering


152

152

03/07/98

DTM FTUI

Metalurgi Serbuk

Cold isostatic pressing


153

153

03/07/98

DTM FTUI

Metalurgi Serbuk

Rolling Powder


154

154

03/07/98

DTM FTUI

Metalurgi Serbuk

Produk PM


155

155

03/07/98

DTM FTUI

Metalurgi Serbuk

Produk PM (cont’d)


156

156

03/07/98

DTM FTUI

Injection Molding

Proses pembuatan Part Leg Shield kanan/kiri pada Sepeda motor


157

157

03/07/98

DTM FTUI

Injection Molding

Pemilihan Material  

Produk Leg Shield  pelindung kaki pada sepeda motor + penahan angin dari arah depan  sifat yang dibutuhkan : kokoh, kuat, tahan terhadap tumbukan dan tahan terhadap cuaca. Berdasarkan pertimbangan-pertimbangan  material plastik yang digunakan untuk part Leg Shield R/L = thermoplastik jenis ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene).


158

158

03/07/98

DTM FTUI

Injection Molding

Sifat Material  Faktor mekanik : kokoh, kuat, stabil, tahan tumbukan, tahan pengikisan  Faktor ketahanan : high electric resistance, chemical resistance  Faktor temperatur : baik untuk penggunaan pada temperatur rendah Material untuk part LEG SHIELD , RIGHT/ LEFT 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


159

159

03/07/98

DTM FTUI

Injection Molding

Charging


160

160

03/07/98

DTM FTUI

Injection Molding

Clamping/Die Closing


161

161

03/07/98

DTM FTUI

Injection Molding

Barrel forward & injection


162

162

03/07/98

DTM FTUI

Injection Molding

Barrel backward, cooling & metering


163

163

03/07/98

DTM FTUI

Injection Molding

Mold open, ejection & pelepasan part


164

164

03/07/98

DTM FTUI

Injection Molding


165

165

03/07/98

DTM FTUI

Injection Molding

Pengambilan dan pelepasan produk


166

166

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming


167

167

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

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)


168

168

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Bulk Metal Forming 4 jenis proses yang umum  • Rolling – Proses penekanan (kompresi) untuk mengurangi ketebalan sebuah slab oleh sepasang mekanisme roll. • Forging – Proses penekanan (kompresi) yang dilakukan oleh sepasang dies. • Extrusion – Proses penekanan (kompresi) material hingga mengalir ke bukaan dies. • Drawing – Proses menarik kawat atau batang melalui bukaan dies.


169

169

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Bulk Metal Forming (cont’d)

Rolling

Forging

Extrusion

Drawing Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

170

170

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

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) untuk membentuk sebuah sudut bending.  Drawing – Pembentukan sebuah lembaran sehingga berbentuk hollow (berlubang secara axial) atau cekungan.  Shearing – Proses pengguntingan material (logam)  bukan proses pembentukan. gambar


171

171

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Pengerjaan Logam Lembaran (cont’d)

Bending

Drawing

Shearing Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

172

172

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Perilaku Material dalam Metal Forming Y f  K n

K n Yf  1 n Yf Flow Stress 

Maximum strain untuk proses forming

K Strength coefficient Y n

f

Average flow stress Strain hardening exponent Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

173

173

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Tekanan dan Gaya dalam Metal Forming 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)


174

174

03/07/98

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) :  1 , 2 , dan  3 harus memenuhi yield-criteria (flow-criteria)  menghubungkan principle-stresses dgn tensile atau compressive yield strength (dari material). • Yield-criteria berdasarkan Tresca :

 max   min  f  2 2

• Yield-criteria berdasarkan von Mises :

 1   2 

2

2

2

  2   3    3   1   2 2f

• Safety factor  Critical stress = 1.15 f flow-stress ! (von Mises) Perhatikan Kurva Tresca dan von Mises ! Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

175

175

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Tekanan dan Gaya dalam Metal Forming (cont’d)

Gambar : Kurva Tresca yield Hexagon dan von Mises yield ellipse Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

176

176

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Tekanan dan Gaya dalam Metal Forming (cont’d) Flow-stress •  f  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 ! n Steady-state  ambil mean-flow stress = integrasi  Y fm  K dari limit strain ybs. Untuk annealed material : K   n 1  Y fm      n  1 K dan n cari dari Tabel atau lakukan pengujian kompresi (compression test) !. Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

177

177

03/07/98

DTM FTUI

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. Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

178

178

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming


Gambar : Plane-strain condition dibatasi oleh a) elemen dies, b) bagian yg tidak terdeformasi (point 4 pada von Mises) Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

179

179

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Tekanan dan Gaya dalam Metal Forming (cont’d) Flow-stress (cont’d) •Proses hot-working :  dipengaruhi strain-rate sensitivity !  Y f  C m C dan m Flow-stress dihitung berdasarkan : (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



Effect of Friction •Terjadi karena kontak antara benda-kerja dgn tools/dies ! F i    •Berdasarkan koefisien gesek  P p

•Meningkatnya tekanan inerface p  meningkatkan interface shear-stress  i secara linear !  koefisien gesek konstan !  i •Bila gesekan besar (shear stress)  interface shear-stress mencapai shear flow-stress  f dari material benda-kerja  benda kerja menolak pergeseran dgn tools/dies  tjd deformasi dgn shearing (pergeseran) pada bagian dalam benda-kerja ! Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

180

180

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming


Gambar :


181

181

03/07/98

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 : Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

182

182

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Tekanan dan Gaya dalam Metal Forming (cont’d) 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


183

183

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming


Gambar : Sifat mekanik dari beberapa material Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

184

184

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Tekanan dan Gaya dalam Metal Forming (cont’d) 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. E

b)

5700  141GPa 40.5(10 6 )(0.001)

Pada regangan 0.2% = et  0.002 

l l  lo 25

Shg perpanjangan = (0.002)(25.0) = 0.05 mm. Tarik garis paralel thd garis elastik  memotong titik dimana P =4.4 kN. Shg  4400 N  0.2   109   MPa  40.5 mm 2 Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

185

185

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Tekanan dan Gaya dalam Metal Forming (cont’d) Cth 2 : c)

Beban maksimum  Pmax = 14.2 kN 

TS  d)

Elongasi dgn lf yg diukur pada spesimen 

ef  e)

14200 N  351 40.5 mm2

42.2  25.0  0.688  68.8% 25.0

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

q

40.5  9.98  0.75  75% 40.5


186

186

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming



187

187

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

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

ec 

P A

h0  h A  A0  h0 A


188

188

03/07/98

DTM FTUI



189

189

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Tekanan dan Gaya dalam Metal Forming (cont’d) 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  l V A  A0 0  l l flow stress dari  P f  A true-strain dari  A l   ln  ln 0 l0 A

•

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. Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

190

190

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Tekanan dan Gaya dalam Metal Forming (cont’d) Tabel : Tabulasi dari flow-stress pada beberapa titik


191

191

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Suhu dalam Pengerjaan Logam 1. 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 ! Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

192

192

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Suhu dalam Pengerjaan Logam (cont’d)

Gambar : Cold working meningkatkan kekuatan material (strength of material) dan menurunkan ductility Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

193

193

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Suhu dalam Pengerjaan Logam (cont’d)


194

194

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Suhu dalam Pengerjaan Logam (cont’d) 2. Warm working – suhu antara suhu ruang dan suhu 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 lebih kompleks. Kebutuhan untuk dilakukan proses annealing mungkin dapat di kurangi atau bahkan dihilangkan.


195

195

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Suhu dalam Pengerjaan Logam (cont’d) 3. Hot working – Deformasi pada suhu dibawah suhu 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 suhu ruang dimungkinkan. • Menghasilkan sifat isotropik (isotropic properties) dari proses. • Tidak ada pekerjaan pengerasan.


196

196

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Suhu dalam Pengerjaan Logam (cont’d) • Isothermal Forming – proses preheating terhadap tools (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).


197

197

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Efek dari Laju Regangan (Effect of Strain Rate) Y f  C m

 = strain rate v  ( s 1 ) h m = strain-rate sensitivity exponent v = instantaneous Deformation veloc. h = instant. Length of workpiece

•Strain rate dipengaruhi secara kuat oleh temperatur.

Y f  K  n m

K = a strength coefficient Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

198

198

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Efek dari Laju Regangan Nilai dari m (strain rate sensitivity exponent) yg umum : •Cold working -0.05 < m < 0.05 •Hot working

0.05 < m < 0.3

•Superplasticity 0.3 < m < 0.7 •Newtonian Fluid

m=1


199

199

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

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 mengurangi gesekan pada pertemuan permukan bendakerjadan-tools .


200

200

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Proses Deformasi Bulk dalam Pengerjaan Logam (Bulk Deformation Process in Metalworking)


201

201

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Rolling • Proses deformasi dengan mengurangi ketebalan oleh gaya tekan yg di hasilkan oleh sepasang (dua buah) rolls.


202

202

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Rolling (cont’d) Sejarah : • Desain pertama kali pada abad 14 • Pada 1700, pengenalan hot rolling • Rol modern : 1783 di Inggris • Rol untuk rel kereta api : 1820 di Inggris • Sumber energi untuk rolling :  Water Wheel  Steam Engine  Motor Elektronik


203

203

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

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 upto 30 ton  utk material : cold-pressing untuk kendaraan, alatberat 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.


204

204

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Rolling (cont’d)

Gambar : Skema proses rolling (encarta encyclopedia) Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

205

205

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

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 sisiakhir keluaran. • Gesekan  Gaya + Daya  Energi terbuang. • Gesekan  merusak benda yg dirol. • Perlu Pelumasan ! utk medptkan titik optimal.

Fsi

Fso


206

206

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Gesekan (Friction) (cont’d) vo

207

207

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Analisa proses Rolling 

Kekekalan (conservation of) material :

t o wo L o  t f w f L f 

Kontinuitas volume laju aliran :

t o wo v o  t f w f v f



Forward slip :s 



Gaya Rolling, F :

v f  vr vr

L

L  R (t0  t f )

F  w pdL  Y f wL 0


208

208

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Analisa proses Rolling (cont’d) L

F  w  pdL  Y f wL  gaya tanpa gesekan !  semakin tinggi 0

koefisien gesek = semakin besar perbedaan dgn gaya sebenarnya.

5. Regangan deformasi 

  ln

to tf

n K  6. Tegangan alir rata-rata (average flow stress)  Y f  1 n

7. Torsi yang dibutuhkan untuk proses deformasi 

8. Daya yang dibutuhkan oleh proses 

T  0 .5 FL

P  2 FL


209

209

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Analisa proses Rolling (cont’d) 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 •

Yf

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 Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

210

210

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

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.


211

211

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

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)


212

212

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

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 dari penampang. • Mungkin terdapat lebih dari satu set roller yang dibutuhkan untuk mengurangi/membentuk bendakerja hingga berbentuk sesuai yg di inginkan.

gambar


213

213

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Konfigurasi Rolling Mill

a) two high d) cluster mill

b) three high c) four high e) tandem rolling mill Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

214

214

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Penge-rol-an Cincin (Ring Rolling)

• Untuk membuat sbh cincin yg lebih besar atau lebih kecil dari ukuran cincin awal. • Biasanya proses hot-rolling digunakan untuk cincin (ring) besar dan cold rolling untuk cincin kecil. • Aplikasi umumnya : bearing races, steel tires, cincin untuk pressure vessel. Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

215

215

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

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.


216

216

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Penge-rol-an Roda Gigi (Gear Rolling) • Proses pengerjaannya sama dengan proses untuk screw 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 proses pengerjaan.  Ketahanan lelah (fatigue) yg lebih baik karena faktor tekanan (kompresi).


217

217

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Roll Piercing

• Merupakan proses Hot working. • Biasa digunakan untuk menghasilkan tabung dinding tebal tanpa sambungan (seamless thick-wall tubes)


218

218

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

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 untuk turbin, gear, hand tools, structural components untuk permesinan, pesawat terbang, rel, dan berbagai peralatan transportasi.


219

219

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Forging – Pendahuluan (cont’d)  Part yang ditempa memiliki kekuatan dan ketangguhan, sangat baik 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 Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

220

220

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Forging – Pendahuluan (cont’d)

Gambar : outline proses forging dan operasi2 yg berhubungan Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

221

221

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Forging

Open-die forging

Flashless forging (Closed die forging) Impression-die forging Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

222

222

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Mekanika proses Forging

Dibawah kondisi ideal :

h   ln o h F  Yf A

Dimana F = gaya forging Yf = Tegangan alir (flow stress) A = Penampang bendakerja Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

223

223

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Produk Forging


224

224

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Produksi Connecting Rod


225

225

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Forging

•Pada open-die forging  terjadi barreling (lihat gambar atas). •Pada hot forging  issue menjadi lebih kompleks karena distribusi thermal di dalam bendakerja dan aliran metal yg terjadi. Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

226

226

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Faktor Bentuk (Shape factor) Load-stroke curve

Gaya aktual proses Forging lebih besar dari kondisi ideal : F  K f Y f A (1) Faktor bentuk diperlukan untuk mengoreksi efek barelling dan gesekan. 0.4 D (2) K  1 f

h

 2 r  F  Y f r 2 1   3h  (3) 


227

227

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Faktor Bentuk (Shape Factor)


228

228

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Perhitungan Gaya Forging 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. Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

229

229

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Perhitungan Gaya Forging (cont’d) 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


230

230

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Open-die Forging

Fullering

Edging

Cogging Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

231

231

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Open-die Forging 3 Jenis 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 permukaan cekung (concave surface cavitiy).  Cogging  Dies terbuka dengan permukaan rata atau sedikit berkontur  mengurangi penampang dan meningkatkan panjang. 

Tidak menghasilkan net-shape produk  masih memerlukan proses pemesinan untuk mendapatkan net-shape produk. Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

232

232

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Impression-die Forging  Dies memiliki bentuk kebalikan dari bentuk benda-kerja.  Flash dimungkinkan pada bagian parting surface. Flash berfungsi untuk menjaga aliran logam dan membantu untuk mengisi bagian-bagian dies yang dalam dari cavity (intricate part).  Membutuhkan Gaya forging yang lebih dibanding opendie forging. Faktor bentuk (Shape factor) memiliki nilai yg lebih tinggi.


233

233

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Impression-die Forging  Gaya yang paling besar terjadi pada bagian akhir proses ketika proyeksi penampang benda-kerja awal (blank) dan gesekan adalah yang terbesar.  Progessive dies diperlukan untuk merubah bentuk awal benda-kerja menjadi geometri akhir yang diinginkan.  Pemesinan diperlukan untuk menghasilkan toleransi akhir yang diinginkan.


234

234

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Impression-die Forging

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

Machining


235

235

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Flashless Forging

Conventional forging part

Precision forging part


236

236

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Flashless Forging (Closed Die Forging)

 Pengendalian volume adalah penting  Menghasilkan produk akhir yang presisi yang kebalikan dari geometri cavity (dies)  Biasanya digunakan untuk material aluminum dan magnesium alloy. Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

237

237

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Perbandingan Closed-die dan Flash Forging


238

238

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Corning


239

239

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Drop Hammer dan Dies

Webs – Bagian tipis paralel thd parting line. Ribs – Bagian tipis tegak-lurus thd parting line Gutter – Area untuk menampung flash Dies normalnya dibuat dari baja dengan high impact strength dan high wear resistance. Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

240

240

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Upsetting dan Heading

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


241

241

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Upsetting dan Heading

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


242

242

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Swaging Swaging digunakan untuk mengurangi penampang dari batang atau tabung yang telah di tempa (forging) menggunakan sepasang Dies yg berputar (rotating dies). Sebuah mandrel kadangkadang digunakan untuk mengendalikan bentuk internal dari tube (tabung).


243

243

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Roll Forging


244

244

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Orbital Forging Kontak area yang kecil mengurangi gaya forging yg dibutuhkan secara substansial.


245

245

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Hobbing

Proses penekanan die terhadap benda-kerja yang lebih lunak untuk menghasilkan bentuk akhir. Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

246

246

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Trimming Trimming adalah sebuah proses pengguntingan untuk menghilangkan flash dari benda-kerja


247

247

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Cacat Forging


248

248

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Cacat Forging  Jika volume material tidak mencukupi untuk mengisi rongga cetak, akan muncul web buckle atau lap  Jika web buckle terlalu tebal, material sisa akan mengalir ke bagian yang telah dibentuk sehingga menimbulkan retak internal.  Penyebab lain adalah:  Radius yang bervariasi dari rongga cetak  Material yang tidak uniform  Gradien temperatur selama penempaan  Perubahan mikrostruktur yang disebabkan oleh tranformasi fase  Cacat tempa dapat menyebabkan kerusakan fatik sehingga menimbulkan masalah korosi dan keausan komponen.


249

249

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Design Considerations 1. Material 2. Die design 3. Machine  Machine processing range  Machine process setting


250

250

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

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


251

251

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

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


252

252

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Proses Ekstrusi (Extrusion)

Gambar :

• Ekstrusi: Sebuah billet (biasanya bundar) yg diberikan gaya melalui sebuah cetakan dengan cara seperti keluarnya pasta gigi dari tube. • Material ekstrusi: aluminum, copper, steel, magnesium dan lead Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

253

253

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Produk Ekstrusi

Gambar :

• Produk ekstrusi: rel sliding door, tabung, bentuk struktural dan arsitektur, frame pintu dan jendela. Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

254

254

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Tipe Proses Ekstrusi

Gambar :


255

255

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Proses Ekstrusi (cont’d) Gambar :

Gambar :

Circumscribing Circle Diameter (CCD): diameter lingkaran terkecil penampang melintang benda kerja yang diekstrusi Faktor bentuk: kompleksitas sebuah proses ekstrusi merupakan fungsi rasio dari keliling produk yang diekstrusi terhadap luas penampang melintangnya. Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

256

256

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Proses Ekstrusi (cont’d)  Gaya Ekstrusi :

 Ao F  Ao k ln A  f

   

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

Gambar :


257

257

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

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, dimana konstanta 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


258

258

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Aliran Logam Proses Ekstrusi

Gambar :


259

259

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Ekstrusi Panas Jangkauan (range) temperatur ekstrusi untuk berbagai logam OC

Lead

200 – 250

Aluminum and its alloys

375 – 475

Copper and its alloys

650 – 975

Steels

875 – 1300

Refractory alloys

975 - 2200

Gambar :


260

260

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Ekstrusi Panas (cont’d)

Gambar :


261

261

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Ekstrusi Panas (cont’d)

Gambar :


262

262

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

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 paduan temperatur tinggi.


263

263

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Ekstrusi Dingin Gambar :

•

Ekstrusi dingin memiliki keuntungan dibanding ekstrusi panas:  Perbaikan sifat mekanik yang dihasilkan dari pengerasan kerja (workhardening), dimana panas yang ditimbulkan oleh deformasi plastis dan friksi tidak merekristalisasi logam yang diekstrusi.  Pengendalian toleransi dimensi yang baik, mengurangi kebutuhan operasi 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 untuk memproduksi part yang sama. Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

264

264

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Ekstrusi Impak

Gambar :

Gambar :


265

265

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Ekstrusi Hidrostatik • Medium yang digunakan untuk menekan adalah fluida incompressible. • Tidak terdapat friksi container-dinding. • Tekanan yang diberikan sebesar 1400 MPa (200 ksi). • Biasanya dilakukan pada temperatur ruang, menggunakan minyak tumbuhan karena viskositasnya tidak berubah karena tekanan. • Untuk temperatur tinggi, digunakan fluida lilin, polimer dan glass. • Material yang rapuh dapat diproses karena tekanan hidrostatik dapat meningkatkan keuletan material. • Aplikasinya terbatas di dunia industri, karena peralatan yang kompleks dan waktu siklus yang lama.


266

266

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

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, akibat tekanan yang tidak konstan  Pipa  Diminimalkan dengan memdofikasi bentuk aliran logam agar seragam  Menghilangkan kotoran (impurities) pada permukaan billet dengan etching kimia  Retak internal (internal cracking)  Bertambah seiring meningkatnya sudut die  Bertambah dengan meningkatnya jumlah pengotor  Menurun dengan bertambahnya rasio ekstrusi dan friksi Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

267

267

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Cacat Ekstrusi (cont’d)

Gambar :


268

268

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Peralatan Ekstrusi

Gambar :

• Peralatan dasar ekstrusi adalah sebuah press hidrolik horisontal • Kapasitas gaya ram setinggi maksimal 120 MN (14.000 ton) untuk memproduksi billet besar dengan ekstrusi panas • Pres hidrolik vertikal digunakan untuk ekstrusi dingin dan kapasitasnya lebih rendah dibanding ekstrusi panas. Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

269

269

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Proses Penarikan (Drawing) • Penarikan (Drawing): Sebuah operasi dimana penampang melintang rod solid, kawat/kabel (wire) atau tabung dikurangi atau diubah bentuknya dengan menariknya melalui cetakan. • Rod yang ditarik digunakan untuk as, spindel, dan piston kecil • Rod memiliki penampang melintang lebih besar daripada kawat/kabel (wire). • Di industri, wire didefinisikan sebagai sebuah rod yang telah ditarik melalui cetakan minimal sekali. Aplikasi: kabel listrik, kabel, tension-loaded structural members, elektroda las, per (springs), paper clips, dan kawat instrumen musik.


270

270

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Proses Penarikan (Drawing) (cont’d) Gambar :

• Gaya penarikan:

A F  Yavg A f ln  o  Af 

   

 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%.


271

271

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Operasi Penarikan (drawing)

Gambar :


272

272

03/07/98

DTM FTUI

Sheet Metal Forming


273

273

03/07/98

DTM FTUI


274

274

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Karakteristik Pembentukan Logam Lembaran Proses

Karakteristik

Roll Forming

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

Stretch Forming

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

Drawing

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

Stamping

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

Rubber forming

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

Spinning

Part aksisimetris kecil atau besar, permukaan akhir baik, biaya tool rendah, biaya pekerja dapat tinggi kecuali proses diotomasikan


275

275

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Karakteristik Pembentukan Logam Lembaran Proses

Karakteristik

Superplastic Forming

Bentuk kompleks, detail dan toleransi yang kecil, waktu pembentukan lama, laju produksi rendah, part tidak cocok untuk temperatur tinggi

Peen Forming

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

Explosive Forming

Lembaran yang sangat lebar dengan bentuk yang kompleks meskipun biasanya aksisimetris, biaya tooling rendah, biaya pekerja tinggi, cocok untuk jumlah produksi rendah, waktu siklus rendah

Magnetic-pulse Forming

Pembentukan kontur rendah, bulging dan embossing pada lembaran dengan kekuatan yang rendah, cocok untuk bentuk tabung, laju produksi tinggi, membutuhkan tool khusus


276

276

03/07/98

DTM FTUI


277

277

03/07/98

DTM FTUI


278

278

03/07/98

DTM FTUI


279

279

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

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 lubang pemotongan) UTS = Ultimate Tensile Strength material.


280

280

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Contoh perhitungan Soal : Hitunglah gaya yang dibutuhkan untuk memukul sebuah lubang dengan diameter 1 in. (25 mm) pada sebuah lembaran paduan 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


281

281

03/07/98

DTM FTUI


282

282

03/07/98

DTM FTUI


283

283

03/07/98

DTM FTUI


284

284

03/07/98

DTM FTUI


285

285

03/07/98

DTM FTUI


286

286

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Shearing Dies (cont’d) Tipe Dies  • Compound dies  Beberapa operasi pada lembaran yang sama dapat dilakukan dalam satu kali 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


287

287

03/07/98

DTM FTUI


288

288

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Tipe Cutting (pemotongan) yg lain 1. Band Saw (Gergaji pita), untuk plat dan lembaran 2. Flame Cutting, untuk plat tebal dan komponen struktur berat 3. Laser Beam Cutting, untuk bentuk dan ketebalan yang bervariasi. 4. Friction Sawing, menggunakan sebuah piringan atau pisau pada kecepatan yang tinggi 5. Water Jet Cutting, efektif untuk material logam atau non logam.


289

289

03/07/98

DTM FTUI


290

290

03/07/98

DTM FTUI


291

291

03/07/98

DTM FTUI


292

292

03/07/98

DTM FTUI


293

293

03/07/98

DTM FTUI


294

294

03/07/98

DTM FTUI


295

295

03/07/98

DTM FTUI


296

296

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Operasi Bending lainnya (cont’d)

Gambar :


297

297

03/07/98

DTM FTUI

Metal Forming

Peralatan Sheet Metal Forming

Gambar :


298

298

03/07/98

DTM FTUI

Machining Proses (Proses Pemesinan)


299

299

03/07/98

DTM FTUI

Kisaran Kekasaran Permukaan Proses Pemesinan


300

300

03/07/98

DTM FTUI

Kisaran Toleransi Dimensi Proses Pemesinan


301

301

03/07/98

DTM FTUI

Kisaran Cutting Speed dan Feed-rate Material Pahat Potong


302

302

03/07/98

Cutting Speed & Feed-rate

DTM FTUI


303

303

03/07/98

Cutting Speed & Feed-rate (cont’d)

DTM FTUI


304

304

03/07/98

DTM FTUI

Cutting Speed & Feed-rate (cont’d)


305

305

03/07/98

DTM FTUI

Mekanisme & Sudut dlm Pemesinan (pemotongan) 1. Orthogonal Cutting : • Cutting edge lurus dan tegak-lurus thd arah gerakan. • Terdpt dua gaya  Gaya Potong (cutting force) Pc dan Gaya Tekan (thrust Force) Pt.


306

306

03/07/98

DTM FTUI

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


307

307

03/07/98

DTM FTUI

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

rc 

h lc  hc l

tan  

rc cos  1  rc sin 

Pn  Gaya Normal  Pc cos   Pt sin  F  Gaya Gesek  Pc sin   Pt cos  tan  Sudut Gesek 

F Pn


308

308

03/07/98

DTM FTUI

Mekanisme & Sudut dlm Pemesinan (cont’d) 1. Orthogonal Cutting (cont’d) : Mekanisme pembentukan chips ideal Mekanisme pembentukan chips real


309

309

03/07/98

DTM FTUI

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


310

310

03/07/98

DTM FTUI

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

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


311

311

03/07/98

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.


312

312

03/07/98

DTM FTUI

Mekanisme dlm Pemesinan (cont’d) 2. Oblique Cutting (cont’d) : Oblique cutting berbeda dengan Orthogonal cutting dalam beberapa hal : 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.

sin  e  sin 2 i  cos 2 i sin  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. Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

313

313

03/07/98

DTM FTUI

Gaya dan Energi dlm Proses Pemesinan 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’ . pc 

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. E1 

3.

Pc  N    hw  m 2 

Pc l  J N   3 atau 2  hwl  m m 

Material removal factor K1  kebalikan dari specific cutting energy. 1  m3  K1    E1  W .s  Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

314

314

03/07/98

DTM FTUI

Gaya dan Energi dlm Proses Pemesinan (cont’d) Daya yg dihasilkan oleh mesin (machine tool) dpt di perkirakan jika laju pelepasan material (material removal rate Vt) dan efisiensi mesin  diketahui   W .s mm3    3  mm s  Gaya pemotongan yg harus di tahan oleh tool-holder (pemegang pahat) dpt dihitung dengan membagi daya dengan gaya pemotongan (cutting speed) v  EVt Power(W)  

Pc 

power(W) N v


315

315

03/07/98

DTM FTUI

Gaya dan Energi dlm Proses Pemesinan (cont’d)


316

316

03/07/98

DTM FTUI

Suhu dalam Pemesinan (pemotongan) 1/ 2

 vh  TT  E    k c 

dimana: TT  Temperatur permukaan pahat (tool face temerature) k  konduktifitas panas (heat conductivity)   densitas c  panas spesifik (heat specific)

Temperatur pemotongan semakin tinggi bila memotong material yg lebih kuat (E yg lebih besar) pada kecepatan potong yg lebih tinggi. Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

317

317

03/07/98

DTM FTUI

Pendinginan (cutting fluids) dalam Pemesinan


318

318

03/07/98

DTM FTUI

Cutting fluids dlm Pemesinan (cont’d)


319

319

03/07/98

DTM FTUI

Turning Process (Proses Pemesinan Bubut)


320

320

03/07/98

DTM FTUI

Skema Proses Turning 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 Gambar 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.


321

321

03/07/98

DTM FTUI

Skema Proses Turning (cont’d)


322

322

03/07/98

DTM FTUI

Mesin Turning Manual

Gambar Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

323

323

03/07/98

DTM FTUI

Mesin Turning Manual (cont’d)


324

324

03/07/98

DTM FTUI

Mesin Turning CNC Gambar :


325

325

03/07/98

DTM FTUI

Jenis-jenis Proses Turning

Facing

Chamfering

Boring

Taper Turning

Contour Turning

Cutoff

Drilling

Form Turning

Threading

Knurling


326

326

03/07/98

DTM FTUI

Sudut dalam Pemotongan Turning


327

327

03/07/98

DTM FTUI

Pahat Potong Turning Pahat insert :

Gambar


328

328

03/07/98

DTM FTUI

Pahat Potong Turning (cont’d) Pahat insert :


329

329

03/07/98

DTM FTUI

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

Grooves pd pahat potong  sebagai pemutus chip (chip breaker) Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

330

330

03/07/98

DTM FTUI

Collet Gambar :


331

331

03/07/98

DTM FTUI

Metode Pencekaman (clamping) Benda Kerja

Gambar :


332

332

03/07/98

DTM FTUI

Mandrel

Gambar :


333

333

03/07/98

DTM FTUI

Proses Pemotongan Ulir (thread cutting) Gambar


334

334

03/07/98

DTM FTUI

Pemesinan Turning dengan Turret Turning

Gambar


335

335

03/07/98

DTM FTUI

Proses Boring (pembesaran lubang) Gambar :


336

336

03/07/98

DTM FTUI

Boring Bar & Boring Mill Gambar :


337

337

03/07/98

DTM FTUI

Perhitungan Proses Turning

1. Kecepatan Potong (Cutting Speed) .d .N , m/men v  avg 1000

3. Waktu Pemotongan (Cutting time) L t m  tot , m/men vf Ltot = L + La , m

La = Allowance

davg = (do + df) / 2 , mm 2. Kecepatan Makan (Feed) vf = f.N , m/men

4. Kecepatan Pelepasan Geram (Material Removal Rate/MRR) MRR = Volume terbuang / waktu(tm) = v.f.d , mm3/men Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

338

338

03/07/98

DTM FTUI

Perhitungan Proses Turning (cont’d)

1. Waktu Pemotongan L , m/men t  tot m

1. Waktu Pemotongan L tot , m/men

tm 

vf

Ltot = L + La , m La = Allowance 2. MRR 2

MRR 

vf

Ltot = L + La , m L = D/2 (pejal) atau (D - D1) (tabung) La = Allowance 2

L ( D 1   D 2 ) / 4 L / vf (mm3/men)

2. MRR

MRR 

.D 2 .l1.f .N 4L

,mm3/men


339

339

03/07/98

DTM FTUI

Perhitungan Proses Turning (cont’d)

1. Waktu Pemotongan L tot , m/men

tm 

vf

Ltot = L + La , m La = Allowance 2. MRR

.D 2 .l1.f .N MRR  , mm3/men 4L


340

340

03/07/98

DTM FTUI

Contoh Soal Proses Turning 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 ! Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

341

341

03/07/98

DTM FTUI

Proses Pemesinan Milling


342

342

03/07/98

DTM FTUI

Produk Pemesinan Milling

Gambar :


343

343

03/07/98

DTM FTUI

Proses Pemesinan Milling

Peripheral/Plane Milling

Face Milling


344

344

03/07/98

DTM FTUI

Proses Pemesinan Milling (cont’d)

Up Milling (Conventional Milling)

Down Milling (Climb Milling)


345

345

03/07/98

DTM FTUI

Perbedaan Up Milling & Down Milling Up Milling 

Down Milling 

Kelebihan:  Kerja gigi tidak dipengaruhi oleh karakteristik permukaan benda kerja  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 di tempatnya Kekurangan:  Pada saat gigi memotong benda kerja, terjadi resultan gaya impact yang besar sehingga peralatan dalam operasi ini harus di set up dengan kuat.  Tidak cocok untuk permesinan benda kerja dengan permukaan yang kasar (banyak serpihan / scale), seperti logam yang di kerjakan dengan hot working, ditempa (forging), ataupun dicor (casting).Karena serpihan-serpihan tersebut bersifat abrasif, sehingga menyebabkan pemakaian yang berlebihan, merusak gigi pemotong sehingga mempersingkat usia alat Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

346

346

03/07/98

DTM FTUI

Jenis Proses Milling

Slab Milling

Slotting

Conventional Face Milling

Side Milling

Partial Face Milling

Straddle Milling

End Milling


347

347

03/07/98

DTM FTUI

Jenis Proses Milling (cont’d)

Profile Milling

Pocket Milling

Surface Countouring


348

348

03/07/98

DTM FTUI

Proses Face Milling

Gambar :


349

349

03/07/98

DTM FTUI

Proses Face Milling (cont’d)

Gambar : Pengaruh bentuk insert thd permukaan hasil proses milling.


350

350

03/07/98

DTM FTUI

Proses Face Milling (cont’d)

Gambar :


351

351

03/07/98

DTM FTUI

Efek Lead Angle

Gambar


352

352

03/07/98

DTM FTUI

Pahat Potong T-Slot & Shell Mill Gambar :


353

353

03/07/98

DTM FTUI

Arbor

Gambar :


354

354

03/07/98

DTM FTUI

Kapasitas Mesin dan Dimensi Benda Kerja

Tabel :


355

355

03/07/98

DTM FTUI

Biaya Pahat Potong untuk Pemesinan Tabel :


356

356

03/07/98

Tabel :

Rekomendasi untuk proses Milling

DTM FTUI


357

357

03/07/98

DTM FTUI

Cacat Pemesinan Milling

Gambar :


358

358

03/07/98

DTM FTUI

Geometri Pahat Potong Cutting Speed (Kecepatan potong) N

A

v D

Feedrate (Laju pemakanan) Vf  f .N .z

Approach Distance

z = number of teeth

d( D  d )

Cutting Time tm 

LA Vf

MRR MRR  w .d .Vf w = width of machined workpiece d = depth of machined workpiece


359

359

03/07/98

DTM FTUI

Approach dan Overtravel

Gambar :

Approach Distance

AO 

D 2

Approach Distance A  O  w ( D  w ) Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

360

360

03/07/98

DTM FTUI

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

Horizontal

Universal

Vertikal

Ram Type Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

361

361

03/07/98

DTM FTUI

Jenis Mesin Milling 5-axis

a) Table-tilting type

b) Spindle-tilting type

c) Table-Spindle-tilting type


362

362

03/07/98

DTM FTUI

Jenis Mesin Milling 5-axis : PKM Keuntungan : 1. Payload-to-weight rasion yg lebih besar. 2. Non-cumulative joint error. 3. Struktur yg lebih rigid. 4. Modularitas.

Parallel Kinematics Machine (PKM)

Kekurangan : 1. Singularity 2. Rasio workspace-to-work yg rendah 3. Sistem kontrol yg lebih rumit 4. Stifness yg rendah pada posisi singularitas 5. Stabilitas thermal yg rendah 6. Kalibrasi kinematik error yg susah 7. Dll. Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

363

363

03/07/98

DTM FTUI

Permasalahan Pemesinan Milling Gambar :


364

364

03/07/98

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


365

365

03/07/98

DTM FTUI

Soal

Diketahui: Benda awal silinder Ø60 mm x 50 mm. Dilakukan proses permesinan sebagai berikut: Mesin Milling Kecepatan potong = 700 rpm Laju pemakanan = 100 mm/menit Diameter pahat = 10 mm Kedalaman potong = 2 mm Mesin Bubut Kecepatan potong = 9 m/menit Umpan = 1,5 mm/putaran Kedalaman potong = 2 mm Kelonggaran = 5 mm Mesin Drill Kecepatan potong = 6 m/menit Umpan = 1 mm/putaran Waktu setup mesin milling = 15 menit Waktu setup mesin bubut = 15 menit Waktu setup mesin drill = 10 menit Waktu persiapan dan pembersihan seluruh alat permesinan = 20 menit Upah pekerja = Rp. 15.000,-/jam Harga material = Rp. 20.000,-/komponen Biaya listrik, pemakaian mesin dan pemeliharaan = Rp. 25.000,-/jam Hitung: a. Waktu pemesinan b. Waktu total pembuatan benda kerja/komponen tersebut c. Estimasi biaya pembuatan satu komponen tersebut


366

366

03/07/98

DTM FTUI

Proses Drilling (Proses Gurdi)


367

367

03/07/98

DTM FTUI

Pahat Potong Drilling


368

368

03/07/98

DTM FTUI

Pahat Potong Drilling (cont’d)

Gambar :


369

369

03/07/98

DTM FTUI

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


370

370

03/07/98

DTM FTUI

Pahat Potong Drilling (cont’d)

Gambar :


371

371

03/07/98

DTM FTUI

Gun Drilling  Awalnya dikembangkan untuk penggurdian laras senapan, gun drilling digunakan untuk menggurdi lubang yang dalam dan pekerjaan yang membutuhkan gurdi yang khusus  Rasio kedalaman terhadap diameter lubang yang dihasilkan dapat mencapai 300:1 atau bahkan lebih tinggi  Kecepatan potong gun drilling biasanya tinggi dan umpannya rendah.  Fluida pemotong didorong dengan tekanan yang tinggi melalui lubuang memanjang di dalam badan gurdi  Fluida juga membilas chip yang terjebak dalam lubang yang digurdi Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

372

372

03/07/98

DTM FTUI

Trepanning Gambar

• Pahat potong menghasilkan lubang dengan membuang bagian berbentuk piringan (core)  biasanya plat datar. • Dapat menghasilkan piringan sampai diameter 150 mm (6 in.), atau groove sirkuler dimana O-ring diletakkan.


373

373

03/07/98

DTM FTUI

Kemampuan Pahat Drilling untuk Pelubangan

Jangkauan Tipe Pahat Diameter (mm)

Kedalaman lubang/diameter Tipikal

Maksimum

Twist

0,5-150

8

50

Spade

25-150

30

100

2-50

100

300

Trepanning

40-250

10

100

Boring

3-1200

5

8

Gun


374

374

03/07/98

DTM FTUI

Rekomendasi Umum untuk Cutting Speed dan Feed-rate dalam Drilling

Material Benda Kerja

Kecepatan Permukaan

Umpan (Feed), mm/put Diameter pahat drilling

Rpm

m/min

1,5 mm

12,5 mm

1,5 mm

12,5 mm

Aluminum Alloy

30-120

0,025

0,30

6400-25.000

800-3000

Magnesium Alloy

45-120

0,025

0,30

9600-25.000

1100-3000

Copper Alloy

15-60

0,025

0,25

3200-12.000

400-1500

Steel

20-30

0,025

0,30

4300-6400

500-800

Stainless Steel

10-20

0,025

0,18

2100-4300

250-500

Titanium Alloy

6-20

0,010

0,15

1300-4300

150-500

Cast Iron

20-60

0,025

0,30

4300-12.000

500-1500

Thermoplastics

30-60

0,025

0,13

6400-12.000

800-1500

Thermosets

20-60

0,025

0,10

4300-12.000

500-1500


375

375

03/07/98

DTM FTUI

Umur Pahat Drilling  Diperlukan penajaman atau penggantian pahat drilling yang telah tumpul.  Umur pahat drilling didefinisikan sebagai jumlah lubang yang dapat di-drill (gurdi) sampai proses transisi (pahat tumpul) terjadi.

Gambar :


376

376

03/07/98

DTM FTUI

Mesin Drilling

Gambar :


377

377

03/07/98

DTM FTUI

Reaming  Suatu operasi yang digunakan untuk :  Membuat sebuah lubang yang secara dimensional akurat dan dilakukan dengan proses drilling.  Memperbaiki permukan akhir (menghaluskan).

 Langkah operasi yg umum sebelum proses reaming : 1. 2. 3. 4.

Centering Drilling Boring Reaming


378

378

03/07/98

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. Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

379

379

03/07/98

DTM FTUI

Tapping dan Tap  Tapping: operasi untuk membuat ulir dalam pada benda kerja  Tap: pahat potong ulir dengan gigi potong banyak.

Gambar :


380

380

03/07/98

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. Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

381

381

03/07/98

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 defleksi dan letak lubang tidak akan akurat.  Permukaan lubang yang terinterupsi harus dihindari untuk memperbaiki akurasi dimensi.  Bagian bawah lubang, jika memungkinkan harus sesuai dengan sudut titik drilling. Permukaan yang rata sebaiknya dihindari  Diperlukan lubang pendahuluan untuk menghasilkan lubang yang lebih besar.  Part harus didesain sehingga penggurdian dapat dikerjakan dengan fixturing yang minimum dan tanpa mereposisi benda kerja. Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

382

382

03/07/98

DTM FTUI

Dari Desain ke Mesin NC CAM-system Concept design

CAD-system

- functions - specs.

Geometric modeling

Tool path simulation

NC-file

NC-machine C

Z

B

Tool path generation

Y

X

Machine simulation

Kinematics engine

Collision check


383

383

03/07/98

DTM FTUI

Cutting Tools (Pahat Potong)


384

384

03/07/98

DTM FTUI

Material Pahat Potong, Waktu Pemotongan, dan Kecepatan Potong Perbaikan material cutting tool telah mengurangi waktu pemesinan


385

385

03/07/98

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 Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

386

386

03/07/98

DTM FTUI

Pemilihan Material dan geometri Pahat Potong dan Kondisi Pemotongan BATASAN (CONSTRAINT)

Proses manufaktur (kontinyu vs intermiten) Kondisi & kapabilitas dari mesin yang tersedia (rigiditas) Persyaratan geometry, finish, akurasi & integritas permukaan Peralatan pemegang benda kerja (rigiditas) Waktu proses yang dibutuhkan (jadwal produksi)

I N P U T

Material kerja (komposisi & keadaan metalurgi) Tipe pemotongan (pengerjaan kasar vs halus, kontinyu vs intermitten) Ukuran & geometri part Ukuran Lot (produksi batch kecil vs massal) Kualitas/kapabilitas yg dibutuhkan Pengalaman lalu dari pembuatan keputusan

Tool yang dipilih (material tool spesifik, grade, bentuk dan geometri tool)

KEPUTUSAN PEMILIHAN TOOL

Parameter pemotongan Kecepatan (rpm) Feed Kedalaman potong Fluida pemotongan

O U T P U T

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


387

387

03/07/98

DTM FTUI

Sifat-sifat Material Pahat Potong


388

388

03/07/98

DTM FTUI

Kekerasan Material Pahat Potong (Vickers)


389

389

03/07/98

DTM FTUI

Material Pahat TOOL 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 baik sehingga menghasilkan sisi pemootongan yang tajam.  Akan tetapi tool steels kehilangan kekerasannya pada suhu di atas 400F yang dikarenakan proses tempering dan umumnya digantikan dengan material lain untuk pemotongan logam.


390

390

03/07/98

DTM FTUI

Material Pahat (cont’d) BAJA KECEPATAN TINGGI (HIGH SPEED STEEL/HSS)        



Pertama kali ditemukan tahun 1900 oleh Taylor dan White Baja campuran tinggi sangat baik untuk tool steel yang memiliki kemampuan potong pada suhu di atas 1100F. Kandungan HSS: W, Mo, Co, V dan Cr selain Fe dan C. W, Mo, Cr dan Co dalam ferrite adalah larutan padat yang memperkuat matriks pada sekitar suhu tempering, hal ini juga meningkatkan kekerasan panas (hot hardness). Vanadium (V) bersama dengan W, Mo dan Cr dapat meningkatkan kekuatan dan ketahanan pakai. Kelarutan padat yang merata pada matriks juga meningkatkan kekerasan yang baik pada baja jenis ini. Meskipun banyak formulasi yang digunakan, tetapi komposisi khususnya adalah tipe18-4-1 (Tungsten 18%, Chromium 4%, Vanadium 1%), disebut T1. Baja kecepatan tinggi secara umum masih digunakan pada mesin bor dan jenis-jenis umum dari mesin frais, sedangkan single-point tools digunakan pada mesin-mesin umum. Untuk mesin produksi, sebagian besar materialnya dapat diganti dengan carbide, coated carbide dan coated HSS. Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

391

391

03/07/98

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, pahat dengan material cast cobalt alloys mempertahankan kekerasannya 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. Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

392

392

03/07/98

DTM FTUI

Geometri Pahat


393

393

03/07/98

DTM FTUI

Tool Wear (Keausan pahat)


394

394

03/07/98

DTM FTUI

Kurva keausan pahat


395

395

03/07/98

DTM FTUI

Kurva umur pahat Taylor vt n  C v  cutting speed (m/min) t  tool life(min) n  Taylor exponent = karaketeristik tool material C  konstanta material benda-kerja


396

396

03/07/98

DTM FTUI

Biaya per unit vs Kecepatan Potong


397

397

03/07/98

DTM FTUI

Proses Pemesinan non-Konvensional


398

398

03/07/98

DTM FTUI

Keterbatasan Kondisi Pemesinan Konvensional  Kekerasan dan kekuatan material yang sangat tinggi (di atas 400 HB), atau material terlalu rapuh.  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 toleransi dimensi cukup tinggi.  Menghindari kenaikan temperatur dan tegangan sisa (residual stress) benda kerja.


399

399

03/07/98

DTM FTUI

Contoh Part hasil Proses Pemesinan nonKonvensional Gambar :


400

400

03/07/98

DTM FTUI

Chemical Machining : Chemical Milling

Gambar :


401

401

03/07/98

DTM FTUI

Chemical Machining : Chemical Milling (cont’d) Gambar :

 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 oleh lapisan material removabel disebut masking.  Kemampuan: produksi komponen pesawat, panel kulit misil, airframe, divais mikroelektronik. Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

402

402

03/07/98

DTM FTUI

Kekasaran Permukaan dan Toleransi Pemesinan

Gambar :


403

403

03/07/98

DTM FTUI

Chemical Machining : Chemical Blanking

Gambar :

 Mirip seperti proses blanking, hanya saja menggunakan bahan kimia.  Produknya: printed-circuit board, panel dekorasi, stamping logam lembaran tipis. Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

404

404

03/07/98

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 dapat diotomasikan, ekonomis untuk volume produksi berskala medium sampai tinggi.


405

405

03/07/98

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 dan horisontal, maka undercut akan muncul.  Untuk memperbaiki laju produksi, benda kerja harus dibentuk dengan proses lainnya sebelum chemical machining.  Variasi dimensi dapat terjadi karena perubahan kelembaban dan temperatur.  Gambar kerja yang didesain harus cocok dengan peralatan photochemical.


406

406

03/07/98

DTM FTUI

Electrochemical Machining (ECM)

Gambar :

     

Seperti kebalikan prinsi electroplating, dan elektrolit berfungsi sebagai pembawa 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. Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

407

407

03/07/98

DTM FTUI

Electrochemical Machining (cont’d)

Gambar :

 Kemampuan proses ECM : produksi rongga pada material dengan kekuatan tinggi, seperti bilah turbin, part mesin jet, nosel, rongga cetakan tempa. Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

408

408

03/07/98

DTM FTUI

Electrochemical Machining : Pertimbangan Desain  Karena kecenderungan elektrolit mengerosi profil yang tajam, ECM tidak cocok untuk memproduksi tepi persegi yang tajam atau bagian bawah yang rata.  Pengendalian aliran elektrolit sulit, sehingga bentuk rongga yang tidak teratur tidak dapat diproduksi sesuai bentuk yang diinginkan.  Desain harus dapat dimesin bila dihasilkan bentuk tirus untuk lubang atau rongga.


409

409

03/07/98

DTM FTUI

Contoh ECM untuk Implantasi Biomedis

Gambar :


410

410

03/07/98

DTM FTUI

Electrochemical Grinding Gambar :

 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 Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

411

411

03/07/98

DTM FTUI

Electrical-Discharge Machining (EDM) Gambar :


412

412

03/07/98

DTM FTUI

Electrical-Discharge Machining (cont’d)  Discharge kapasitor bekerja pada 50 kHz dan 500 kHz dan voltase antara 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 copertungsten dan berdiameter 0,1 mm dan rasio kedalaman terhadap diameter lubang 400:1.  Keausan pahat berkaitan dengan titik lebur material, semakin rendah titik leburnya semakin tinggi laju keausannya.


413

413

03/07/98

DTM FTUI

Electrical-Discharge Machining (cont’d)

Gambar :

Gambar :


414

414

03/07/98

DTM FTUI

Wire EDM

Gambar :


415

415

03/07/98

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 untuk pemotongan kasar dan 0,20 mm untuk pemotongan akhir.  Kecepatan gerakannya konstan berkisar 0,15 – 9 m/menit dan gap (kerf) yang konstan selama proses pemotongan.


416

416

03/07/98

DTM FTUI

Laser Beam Machining Gambar :

LASER = Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

417

417

03/07/98

DTM FTUI

Laser Beam Machining (cont’d)

Gambar :

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 Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

418

418

03/07/98

DTM FTUI

Laser Beam Machining (cont’d)  Parameter fisik yang penting adalah sifat reflektif dan konduktivitas termal benda kerja, termasuk panas spesifik dan panas laten saat melebur atau menguap.  Semakin rendah nilai parameter tersebu, proses semakin efisien.  Dapat dikombinasikan dengan gas seperti oksigen, nitrogen atau argon (laser-beam torch) untuk pemotongan material lembaran tipis.  Dapat memotong lubang diameter 0,005 mm dengan rasio kedalaman dan diameter 50:1. Ketebalan plat yang dapat dipotong setebal 32 mm.  Penggunaan lain: pengelasan, perlakukan panas, marking (penanda).


419

419

03/07/98

DTM FTUI

Water Jet Machining

Gambar :


420

420

03/07/98

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


421

421

03/07/98

DTM FTUI

Abrasive-Jet Machining Gambar :


422

422

03/07/98

DTM FTUI

Abrasive-Jet Machining (cont’d)  Menggunakan udara kering, nitrogen atau karbon dioksida dicampur 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.


423

423

03/07/98

DTM FTUI

Micromachining Gambar :

MEMS = Microelectromechanical System


424

424

03/07/98

DTM FTUI

Micromachining (cont’d)  Menggunakan chemical etching.  Contoh:  Assembly roda gigi yang digerakkan oleh rotor berdiameter 55µm dan berputar dengan kecepatan 300.000 rpm searah maupun berlawanan arah jarum jam.  Probe dan piranti pengukuran pada aplikasi pesawat luar angkasa, aliran fluida.  Sistem fiber optik.


425

425

03/07/98

DTM FTUI

Nanofabrication

Gambar :


426

426

03/07/98

DTM FTUI

Nanofabrication (cont’d)  Melibatkan pembentukan dan manipulasi struktur dengan karakteristik panjang kurang dari 1 µm.  Proses nanofabrikasi seperti photolithography, lithography, dll.  Atomic Force Microscope (AFM) telah banyak digunakan dalam litografi berskala nano, dengan resolusi atomis, telah dapat digunakan untuk memanipulasi molekul tunggal dan atom pada permukaan.  Contoh produk:  Media informasi, dimana 1 bit informasi dapat disimpan dalam 100 atom, maka buku dapat disimpan dalam 0,5 mm3.  Robot mikroskopis untuk membawa obat.


427

427

03/07/98

DTM FTUI

Proses Penyambungan : Welding (pengelasan)


428

428

03/07/98

DTM FTUI

Proses Penyambungan (Joining Processes)

Gambar :


429

429

03/07/98

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 atau pemeliharaan thd bagian yg rusak. 4. Sifat material yg berbeda mungkin lebih diinginkan untuk tujuan fungsional dari produk.


430

430

03/07/98

DTM FTUI

Klasifikasi Proses Penyambungan

Gambar :


431

431

03/07/98

DTM FTUI

Contoh Penyambungan dengan Welding

Gambar :


432

432

03/07/98

DTM FTUI

Tiga Proses Penyambungan : Shielded Metal, Gas Metal, dan Gas Tungsten Arc Welding Kesamaan dari tiga proses : 1. Setiap proses menggunakan arus DC untuk menghasilkan arc antara electroda dan benda kerja. 2. Setiap proses menggunakan shielding untuk melindungi weld dari kontaminasi. 3. Setiap proses menggunakan material pengisi (filler), yang memiliki komposisi kimia yg sama dengan benda kerja.


433

433

03/07/98

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.


434

434

03/07/98

DTM FTUI

Shielded Metal Arc Welding (cont’d)


435

435

03/07/98

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.


436

436

03/07/98

DTM FTUI

Gas Metal Arc Welding (cont’d)


437

437

03/07/98

DTM FTUI


438

438

03/07/98

DTM FTUI

Parameter dalam proses GMAW 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).


439

439

03/07/98

DTM FTUI


440

440

03/07/98

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-lasan cukup lambat.


441

441

03/07/98

DTM FTUI

Gas Tungsten Arc Welding (cont’d)


442

442

03/07/98

DTM FTUI

Gas Tungsten Arc Welding (cont’d) Elektroda Tungsten memiliki titik lebur yg tinggi  hal ini membuat GTAW 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).


443

443

03/07/98

DTM FTUI

Faktor Keamanan dlm Pengelasan Burn hazard

Eye protection against splatters and ultraviolet and infrared rays

Protection clothes and gloves

Helmet or special glasses

Toxic gases: - carbon monoxide (CO) - ozone (O2)

Well ventilated area

- phosgene gases produced with some metals when welded Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

444

444

03/07/98

DTM FTUI

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


445

445

03/07/98

DTM FTUI

Rapid Prototyping (Material Increst Manufacturing)


446

446

03/07/98

DTM FTUI

Rapid Prototyping (RP)  Juga dinamakan : Layered Manufacturing (LM) Desktop Manufacturing Solid Freeform Fabrication (SFF)


447

447

03/07/98

DTM FTUI

Rapid Prototyping : Layered Manufacturing ?


448

448

03/07/98

DTM FTUI

Rapid Prototyping : Layered Manufacturing ?  Awal dari teknologi rapid mechanical prototyping   Topography • Pada 1890, metode pelapisan untuk membuat mold untuk peta relief topografi.  Photosculpture • Pada 1879, usaha untuk membuat replika obyek 3dimensi, termasuk bentuk manusia.

Layered mold dari stacked sheets oleh DiMatteo (1974)


449

449

03/07/98

DTM FTUI

Produk Rapid Prototyping Embedded copper

Internal cooling channels

Polyurethane/Epoxy turbines

Invar core

S.S 316L surfaces

Alumina vane Laboratorium Teknologi Manufaktur Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik– Universitas Indonesia

450

450

03/07/98

DTM FTUI

Kualitas Produk : Shrouded Fan

Rapid Prototyped Part


451

451

03/07/98

DTM FTUI

Proses Rapid Prototyping CAD

+ Mudah dalam perencanaan utk 3D + Berbagai jenis material + Fast turn around

Process Planning

Mesin RP

– Akurasi : ketebalan layer (lapisan)


452

452

03/07/98

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


453

453

03/07/98

DTM FTUI

Rapid Prototyping : Mesin Stereolithography


454

454

03/07/98

DTM FTUI

Rapid Prototyping : Kimia Photopolymer • Photoinitiator dan cairan reactive monomers • Cross-linking • Solidified photopolymer tidak meleleh, tapi melunak (soften)

Gambar :


455

455

03/07/98

DTM FTUI

Rapid Prototyping : Keuntungan 1. Dapat menghasilkan geometri 3D yg kompleks. 2. Automatic process planning berdasarkan  CAD model. 3. Mesin fabrikasi yg umum, i.e., tidak membutuhkan spesifik fixturing dan tooling. 4. Membutuhkan minimum atau tanpa intervensi dari operator.


456

456

03/07/98

DTM FTUI

Rapid Prototyping : Keuntungan (cont’d) 5. Mudah untuk visualisasi, verifikasi, iterasi, dan optimasi desain. 6. Sebagai alat komunikasi dalam  simultaneous engineering. 7. Studi pemasaran thd keingingan konsumen. 8. Prototipe produk metal dan tooling dibuat dari polymer.


457

457

03/07/98

DTM FTUI

Rapid Prototyping : Urutan Proses 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Model solid CAD. ‘.STL’ file. Slicing file. Final build file. Fabrikasi produk. Post processing.

Model

• STL

Slicing

Product

Deposition Planning

Process Description

Deposition codes


458

458

03/07/98

DTM FTUI

Rapid Prototyping : Contoh Aplikasi

Model Stereolithography dari telepon selular.


459

459

03/07/98

DTM FTUI

Rapid Prototyping : Contoh Aplikasi (cont’d)

Pembuatan patung melalui proses Solid Photography


460

460

Proses Manufaktur Dan Pemilihan Materials

Recommend Documents