Proses Pembentukan Logam: Pengertian dan Klasifikasi

forging
Forging
Photo by Raul Barrios on Unsplash

A. Pengertian Proses Pembentukan Logam

Proses Pembentukan logam adalah proses-proses manufaktur di mana bentuk benda kerja logam diubah bentuknya melalui deformasi plastis. Deformasi tersebut dihasilkan dari penggunaan suatu alat/perkakas, seperti “die” dan “roller“. Alat/perkakas tersebut digunakan dengan cara memberikan tekanan kepada benda kerja yang melebihi yield strength logam tersebut.

Tekanan yang diterapkan untuk merusak bentuk logam biasanya bersifat menekan (compressive). Namun, terdapat sejumlah proses pembentukan logam dengan cara meregangkan logam, membengkokkan logam, dan memberikan tegangan geser pada logam.

B. Klasifikasi Pembentukan Dengan Logam

1. Klasifikasi Berdasarkan Benda Kerja

a) Pembentukan Benda Kerja Logam Masif (pejal/bulk)

Proses deformasi benda masif umumnya ditandai dengan terjadinya deformasi yang signifikan dan perubahan bentuk yang masif, serta rasio luas permukaan-volume yang relatif kecil. Istilah “bulk” menggambarkan bagian-bagian pekerjaan yang memiliki rasio luas pemukaan-volume yang rendah. Bentuk benda kerja awal pada proses deformasi ini contohnya yaitu billet logam silinder dan batang logam persegi panjang.

Teknik pengerjaan dasar benda kerja logam masif yaitu sebagai berikut.

1) Rolling
pembentukan logam roller
Rolling

Ini adalah proses deformasi tekan di mana ketebalan pelat logam dikurangi dengan dua alat silindris berlawanan yang disebut roller. Roller berputar untuk menarik benda kerja ke dalam celah di antara roller tersebut dan menekannya.


2) Forging
pembentukan logam forging
Forging

Dalam (forging) penempaan, benda kerja dikompresi di antara dua cetakan yang berlawanan, sehingga bentuk cetakan diberikan ke pekerjaan. Penempaan secara tradisional merupakan proses pengerjaan panas, tetapi banyak jenis penempaan dilakukan dalam keadaan dingin.

3) Extrusion
pembentukan logam extrusion
Extrusion

Ini adalah proses kompresi di mana logam kerja dipaksa untuk mengalir melalui bukaan cetakan, sehingga mengambil bentuk bukaan sebagai penampang melintangnya sendiri.


4) Drawing
pembentukan logam drawing
Drawing

Dalam proses pembentukan ini, diameter kawat atau batang bundar dikurangi dengan menariknya melalui lubang cetakan.

b) Pembentukan Benda Kerja Logam Lembaran (pelat/sheet)

Proses pengerjaan logam lembaran adalah operasi pembentukan dan pemotongan yang dilakukan pada lembaran, strip, atau gulungan logam. Rasio luas permukaan-volume logam awal tinggi. Dengan demikian, rasio ini adalah cara yang berguna untuk membedakan pengerjaan deformasi bulk dengan pengerjaan deformasi sheet.

Kerja tekanan adalah istilah yang sering digunakan untuk operasi logam lembaran karena mesin yang digunakan untuk melakukan operasi ini adalah pengepres (pengepres dari berbagai jenis juga digunakan dalam proses manufaktur lainnya). Bagian logam yang dihasilkan dari proses pengerjaan logam lembaran sering disebut stamping.

Proses pembentukan logam lembaran selalu dilakukan sebagai proses pengerjaan dingin dan biasanya dilakukan dengan menggunakan seperangkat alat yang disebut ram/punch dan die (cetakan).


Teknik pengerjaan dasar benda kerja logam lembaran yaitu sebagai berikut.

1) Bending
pembentukan logam bending
Bending

Bending (Pembengkokan) melibatkan penegangan pelat logam untuk mengambil sudut sepanjang sumbu lurus (biasanya).

2) Drawing
pembentukan logam drawing sheet
Drawing

Dalam pengerjaan logam lembaran, menggambar mengacu pada pembentukan lembaran logam menjadi bentuk berlubang atau cekung, seperti cangkir, dengan cara meregangkan logam tersebut. Penahan blanko digunakan untuk menahan blank sementara punch mendorong ke dalam lembaran logam. Operasi ini sering disebut juga dengan cup drawing atau deep drawing untuk membedakan operasi ini dari operasi drawing batang dan kawat.


3) Shearing
pembentukan logam shearing
Shearing

Proses ini mungkin kurang tepat jika disebut proses deformasi, karena melibatkan pemotongan dan bukan pembentukan. Operasi shearing memotong pekerjaan dengan menggunakan punch dan die. Meskipun ini bukan proses pembentukan, proses ini dimasukkan di sini karena ini adalah operasi yang diperlukan dan sangat umum dalam pengerjaan logam lembaran atau pelat logam.

2. Klasifikasi Berdasarkan Suhu Pengerjaan Logam

Agar berhasil dibentuk, logam harus memiliki sifat tertentu. Sifat yang diinginkan termasuk yield strength rendah dan keuletan (ductility) tinggi. Sifat-sifat ini dipengaruhi oleh suhu. Saat suhu pengerjaan dinaikkan, keuletan akan meningkat dan yield strength akan berkurang. Pengaruh suhu menimbulkan perbedaan antara kerja dingin, kerja hangat, dan kerja panas. Laju regangan dan gesekan merupakan faktor tambahan yang mempengaruhi kinerja dalam pembentukan logam.


a) Proses Pengerjaan Dingin (Cold working/cold forming)

Pengerjaan dingin adalah pembentukan logam yang dilakukan pada suhu kamar atau sedikit di atas suhu kamar.

Keuntungan yang signifikan dari pembentukan dingin dibandingkan dengan kerja panas yaitu sebagai berikut.

  • Akurasi yang lebih besar, yang berarti tingkat toleransi akan lebih kecil.
  • Permukaan akhir yang lebih baik.
  • Kekuatan dan kekerasan yang lebih tinggi karena pengerasan regangan (strain hardening).
  • Aliran butir yang terjadi selama deformasi membuat sifat berarah (oriented) yang diinginkan dapat diperoleh dalam produk yang dihasilkan.
  • Benda kerja tidak perlu dipanaskan sehingga menghemat biaya tungku dan bahan bakar serta memungkinkan tingkat produksi yang lebih tinggi.

Karena kombinasi keunggulan ini, banyak proses pengerjaan dingin menjadi operasi produksi massal. Proses ini memberikan toleransi yang kecil dan permukaan yang baik, meminimalkan jumlah permesinan yang diperlukan sehingga operasi ini dapat diklasifikasikan sebagai proses net shape (menyerupai hasil akhir) atau near net shape (hampir menyerupai hasil akhir).

Adapun kerugian yang terkait dengan proses pengerjaan dingin yaitu sebagai berikut.

  • Gaya dan daya yang lebih tinggi diperlukan untuk melakukan operasi.
  • Harus hati-hati dalam pelaksanaannya untuk memastikan bahwa permukaan benda kerja awal bebas dari kerak dan kotoran.
  • Keuletan (ductility) dan pengerasan regangan (strain hardening) logam kerja membatasi jumlah pembentukan yang dapat dilakukan pada bagian tersebut. Dalam beberapa operasi, logam harus melalui proses annealing agar deformasi lebih lanjut dapat dicapai. Dalam kasus lain, logam tidak cukup ulet untuk dikerjakan dengan dingin.

b) Proses Pengerjaan Panas (Hot working/hot forming)

Untuk mengatasi masalah pengerasan regangan (strain hardening) dan mengurangi gaya dan kebutuhan daya, banyak operasi pembentukan dilakukan pada suhu tinggi.

Proses pengerjaan panas adalah pembentukan logam yang melibatkan deformasi pada suhu di atas suhu rekristalisasi. Suhu rekristalisasi untuk logam tertentu yaitu sekitar setengah dari titik lelehnya pada skala absolut. Dalam praktiknya, pengerjaan panas biasanya dilakukan pada suhu agak di atas 0,5Tm. Logam kerja terus melunak karena suhu dinaikkan melebihi 0,5Tm, sehingga meningkatkan keuntungan kerja panas di atas suhu ini. Namun, proses deformasi itu sendiri menghasilkan panas, yang mengakibatkan suhu kerja meningkat di bagian tertentu pada benda kerja. Hal ini dapat menyebabkan pencairan di wilayah ini, yang sangat tidak diinginkan. Selain itu, skala di permukaan kerja dipercepat pada suhu yang lebih tinggi. Oleh karena itu, suhu kerja panas biasanya dipertahankan dalam kisaran 0,5Tm hingga 0,75Tm.

Semua ini menghasilkan keuntungan relatif berikut untuk pengerjaan panas yaitu sebagai berikut.

  • Bentuk benda kerja dapat diubah secara signifikan.
  • Gaya dan daya yang lebih rendah diperlukan untuk mendeformasi logam.
  • Logam yang biasanya retak saat dibentuk pada pengerjaan dingin dapat dibentuk dalam suhu tinggi.
  • Sifat kekuatan umumnya isotropik (merata) karena tidak adanya struktur butir berorientasi yang biasanya terbentuk dalam pengerjaan dingin
  • Tidak ada penguatan bagian yang terjadi karena pengerasan kerja (work hardening). Keuntungan terakhir ini mungkin tampak tidak konsisten, karena penguatan logam sering dianggap sebagai keuntungan untuk pengerjaan dingin. Namun, terkadang terdapat kasus dimana pengerasan kerja tidak diinginkan karena mengurangi keuletan, misalnya, jika bagian selanjutnya diproses dengan pembentukan dingin.

Kerugian kerja panas yaitu sebagai berikut.

  • Akurasi dimensi yang lebih rendah.
  • Energi total yang dibutuhkan lebih tinggi (karena energi panas untuk memanaskan benda kerja).
  • Oksidasi permukaan kerja.
  • Permukaan akhir yang lebih buruk, sehingga umumnya wajib dilakukan proses lanjutan seperti finishing.
  • Umur perkakas yang lebih pendek.

Rekristalisasi logam dalam pengerjaan panas melibatkan difusi atom, yang merupakan proses yang bergantung pada waktu. Operasi pembentukan logam sering dilakukan pada kecepatan tinggi yang tidak memungkinkan waktu yang cukup untuk rekristalisasi lengkap struktur butiran selama siklus deformasi itu sendiri. Namun, karena suhu tinggi, rekristalisasi akhirnya terjadi. Ini dapat terjadi segera setelah proses pembentukan atau saat benda kerja mendingin. Meskipun rekristalisasi dapat terjadi setelah deformasi yang sebenarnya, hasil akhir dan pelunakan logam yang substansial pada suhu tinggi adalah ciri-ciri yang membedakan pengerjaan panas dan pengerjaan dingin.

2 pemikiran pada “Proses Pembentukan Logam: Pengertian dan Klasifikasi”

Tinggalkan komentar