Pembentukan logam dengan rol dan palu tempa
Penempaan
Proses penempaan merupakan salah satu dari beberapa jenis
pengerjaan logam yang paling tua. Proses penempaan sudah dikenal dan dilakukan
sesudah 4000 SM. Ketika itu penempaan dilakukan untuk membuat koin dan
perhiasan.
Penempaan / forging
adalah proses deformasi dimana benda kerja. Ditekan di antara dua die
(cetakan). Penekanan dapat dilakukan dengan tekanan kejut atau tekanan berangsur-angsur
(perlahan). Proses penekanan tersebut akan menghasilkan bentuk benda kerja yang
sesuai dengan apa yang diinginkan.
Kerja tempa
Kerja tempa adalah suatu proses pengerjaan logam yang paling
tua. Prosesnya terdiri dari atas pemukulan atau penekanan logam menjadi bentuk
yang dikehendaki. Hal ini dapat dikerjakan baik dalam keadaan panas maupun dingin,
tetapi istilah "tempa" umumnya menggunakan panas. Jadi yang dimaksud
menempa adalah suatu proses pengerjaan logam dalam keadaan panas dengan cara
memukul dengan palu diatas landasan.
Penempaan dapat dilakukan dengan tangan maupun dengan mesin.
Untuk benda benda kerja yang ringan dapat dilakukan dengan penempaan tangan.
Penempaan dengan mesin biasanya dilakukan untuk perkerjaan perkerjaan berat,
dapat menggunakan matres ataupun tidak menggunakan matres.
Dari sekian banyak proses yang dapat dilakukan untuk membentuk logam diantaranya dengan cara penempaan, pengerolan atau rol forging, pengepressan, dan sebagainya, pembentukan logam dengan rol adalah salah satu teknik yang termasuk dalam kategori penempaan dengan memanfaatkan gulungan atau rol yang berputar berlawanan untuk membentuk komponen logam, penempaan dengan rol umumnya dilakukan dalam kondisi panas, pembentukan rol disesuaikan dengan bentuk komponennya.
Pembentukan ketika proses berlangsung rol yang berputar berfungsi untuk menarik benda kerja ke dalam celah diantara rol tersebut, dan sekaligus memberi bentuk nya dalam satu putaran dengan memberikan kekuatan yang diperlukan untuk pembentukan materialnya. Di bawah ini diberikan contoh proes penempaan dengan teknik pengerolan.
Karena sipat kerjanya dengan penekanan, maka pengerolan ini harus memiliki kontruksi mekanik yang kuat untuk dapat juga melakukan proses proses kerja dengan berbagai bentuk dan variasinya.
Jenis proses permesinan lain yang dapat digunakan dalam kategori tempa ini salah satunya adalah tempa palu atau hammer forging yang paling umum digunakan, untuk proses tempa palu yang menggunakan kontruksi mekanis seperti yang di perlihatkan dalam gambar di bawah ini.
Proses penempaan dengan palu mekanis di lakukan dengan sebuah dies dan palu memalui ram yang dihempaskan ke bawah untuk memukul material diantara dies / cetakan atas dan bawah , Karena sipat kerjanya dengan penekanan dan hentakan maka mesin ini harus memiliki kontruksi mekanik yang kuat untuk dapat juga melakukan proses proses kerja dengan berbagai bentuk dan variasinya. Sifat hentakan dari palu mekanis ini akan memberikan transfer energy kepada lantai bangunan, sehingga dalam penerapannya kontruksi lantai dan bangunan harus dipertimbangkan dalam perencanaanya.
Perbedaan penempaan palu dan penempaan timpa terletak pada
jenis die yang digunakan. Penempaan timpa menggunakan die tertutup, dan benda
kerja terbentuk akibat impak atau tekanan, memaksa logam panas yang plastis,
dan menggisi bentuk die. Pada operasi ini ada aliran logam dalam die yang
disebabkan oleh timpaan yang bertubi-tubi. Untuk mengatur aliran logam selama
timpaan, operasi ini di bagi atas beberapa langkah. Setiap langkah mengubah
bentuk kerja secara bertahap, dengan demikian aliran logam dapat diatur sampai
berbentuk benda kerja.
Dikenal dua jenis mesin penempaan timpa yaitu: palu uap dan
palu gravitasi. Pada palu uap pembenturan tekanan impak terjadi akibat gaya
palu dan die ketika mengenai die bawah tetap. Terlihat palu piston. Untuk
mengangkat palu digunakan udara dan uap. Dapat diatur tinggi jatuhnya dengan
program, oleh karena itu dapat dihasilkan benda kerja yang lebih uniform. Palu
piston dibuat dengan kapasitas mulai dari berat palu 225 kg sampai 4500 kg.
Palu piston banyak digunakan di industri perkakas tangan, gunting, sendok,
garpu, suku cadang, dan bagian pesawat terbang.
Palu tempak impak seperti gambar 7 terdiri dari dua silinder
yang berhadapan dalam bidang horisontal, yang menekan impeler dan die. Bahan
diletakan pada bidang impak dimana kedua bagian die bertemu. Deformasi dalam
bahan menyerap energi. Pada proses ini bahan mengalami deformasi yang sama pada
kedua sisinya; waktu kontak antara bahan dan die lebih singkat, energi yang
dibutuhkan lebih sedikit dibandingkan dengan proses tempa lainnya dan benda dipegang
secara mekanik. Setelah selesai, semua benda tempa rata rata terturtup oleh
kerak harus dibersihkan. Hal ini dapat dilakukan dengan mencelupkannya dalam
asam, pertumbuhan peluru atau tumbling, tergantung pada ukuran dan komposisi
benda tempa bila selama penempaan terjadi distrosi, operasi pelurusan atau
menempatkan ukuran dapat dilakukan.
Keuntungan dari operasi penempaan ialah struktur kristal
yang halus dari logam, tertutup lubang lubang, waktu pemesinan yang
meningkatnya sifat sifat fisis. Baja karbon, baja paduan besi tempa, tembaga
paduan aluminium dan paduan magnesium dapat ditempa. Kerugian ialah timbulnya
inklusi kerak dan mahalnya die sehingga tidak ekonomis untuk membentuk benda
dalam jumlah yang kecil.
Penempaan tekan
Pada penempaan tekan, deformasi
plastik logam melalui penekanan berlangsung dengan lambat, yang berbeda dengan
impak palu yang berlangsung dengan cepat. Mesin tekan vertikal dapat digerakan
secara mekanik atau hidraulis. Pres mekanik yang agak lebih cepat dapat
menghasilkan antara 4 dan 90 MN (Mega Newton). Tekanan yang diperlukan untuk
membentuk baja suhu tempa bervariasi antara 20-190 Mpa (Mega Pascal). Tekanan
dihitung terhadap penampang benda tempa pada garis pemisah die.
Pada penempaan tekan pada
sebagian besar energi dapat diserap oleh benda kerja sedang pada tempa palu
sebagian energi diteruskan kemesin dan pondasi. Reduksi dan benda kerja jauh
lebih cepat, oleh karena itu biaya operasi lebih rendah. Banyak bagian dengan
bentuk yang tak teratur dan rumit dapat ditempa secara lebih ekonomis dengan
proses temap timpa.
Penempaan upset
Pada penempaan upset batang
berpenampang rata dijepit dalam die dan ujung yang dipanaskan titekan sehingga
mengalami perubahan bentuk. Panjang benda upset 2 atau 3 kali diameter batang,
bila tidak benda kerja akan bengkok. Pelubangan progresif sering dilakukan pada
penempaan upset seperti untuk membuat selongsong peluru altileri atau silinder
mesin radial.
Penempaan rol
Batang bulat yang pendek
dikecilkan penempangannya atau dibentuk tirus dengan mesin tempat rol. dimana
rol tidak bulat sepenuhnya akan tetapi dipotong 25-75°% untuk memungkinkan
bahan tebuk masuk diantara rol. Bagian yang bulat diberi alur sesuai dengan bentuk
yang dikehendakinya. Bila rol berada dalam posisi terbuka, operator menempatkan
batang yang dipanaskan di antara rol. Ketika rol berputar, batang dijepit oleh alur
rol dan didorong ke arah operator. Bila rol terbuka, batang didorong kembali
dan digiling lagi, atau dipindahkan keluar berikutnya untuk lengkap pembentukan
selanjutnya.
Untuk mengerol roda, ban logam
dan benda benda serupa lainnya diperlukan mesin rol yang agak berbeda.. Bila roda berputar
diameter berangsur angsur bertambah sedang pelat dan rim makin tipis. Roda
dirol sampai mencapai diameter sesuai dengan ukuran kemudian dipindahkan ke
mesin pres lainnya untuk proses pembentukan akhir
Dapur tempa
Dapur tempa tetap umumnya dipakai
dibengkel bengkel dan diletakkan secara permanen diatas sesuatu fondasi yang
kuat. Suatu dapur tempa memerlukan udara penghembus. Udara penghembus dapat
diperoleh melalui berbagai cara, baik cara tradisional, seperti dapur tempa
tekan yang masih banyak digunakan di daerah pedalaman maupun menggunakan
ventilator listrik atau tangan.
Pada dapur tempa, udara
penghembus dialirkan melalui suatu saluran ketungku api. Dengan berputarnya
ventilator, udara dapat dihembuskan ke tungku api yang sedang membaca melalui
pipa penghubung yang dilengkapi dengan katup katup pengatur. Dengan demikian
panas bahan bakar akan bertambah dan mempercepat naiknya suhu benda yang di
bakar.
Dapur tempa lapangan adalah suatu
dapur yang dapat di pindah pindah sehingga dapat digunakan dimana saja bila
diperlukan. Pada dapur ini hanya dapat dibuat api yang kecil karena udara
penghembus yang diperoleh ventilator digerakan dengan tangan atau kaki. Dengan
terjadinya api yang kecil pada dapur ini penggunanya pun untuk benda benda yang
kecil pula.
Ada 3 macam bahan bakar yang
dipergunakan pada dapur tempa, yaitu:, bahan bakar padat, bahan bakar cair, dan
bahan bakar gas.
Temperatur dan warna untuk benda
kerja yang ideal adalah pada temperatur pada suhu 800-930 °C atau pada warna
yaitu berwarna merah kekuningan-kuningan. Baja tidak boleh ditempa dibawah 400
°C, maka baja akan rapuh berwarna biru. Jika baja dipanaskan di atas 1200 °C
maka baja akan terbakar dan tidak dapat diperbaiki lagi. Benda kerja yang biasa
digunakan yaitu st.37 dengan kandungan karbon kurang lebih 0.3 g.
Proses dasar menempa
Yang dimaksud proses dasar
menempa ialah suatu proses pengerjaan yang merupakan dasar keterampilan menempa
yang harus dikuasai oleh perkerja tempa. Proses proses dasar menempa terdiri
dari
-
Meratakan benda kerja (flattening).
-
Membuat tajam benda kerja (sharpening).
-
Membuat runcing benda kerja (pointing).
-
Membuat benda kerja dengan cara memukul bgian
atasnya (up setting)
-
Memperpanjang atau menarik suatu benda kerja
(drawing)
-
Membengkokkan benda kerja (bending)
Penempaan panas dan dingin
("hot forging"dan"cold forging")
Berdasarkan temperatur kerjanya,
penempaan dibagi menjadi hot forging (warm forging) dan cold forging.
Hot forging (tempa panas)
Hot forging atau penempaan panas
merupakan proses penempaan yang dilakukan pada logam bersuhu tinggi (panas).
Proses hot forging dilakukan bila logam yang ingin ditempa perlu dikurangi
kekuatannya dan ditingkatkan sifat mampu bentuknya. Karena logam yang akan
ditempa kekuatannya berkurang dan mampu bentuknya meningkat, hot forging
relatif memerlukan gaya yang lebih kecil dibanding cold forging. Tingginya
sifat mampu bentuk membuat produk hasil hot forging memiliki akurasi ukuran dan
kualiaspermukaan yang lebih buruk dibandingkan dengan cold forging.
Cold forging (tempat dingin)
Cold forging atau penempaan
dingin merupakan proses penempaan yang dilakukan pada logam bersuhu ruang.
Proses penempaan ini memerlukan gaya yang lebih besar dibandingkan dengan hot
forging. Hal tersebut dikarenakan logam yang dingin memiliki kekuatan yang
lebih besar dari pada logam yang panas. Syarat dari logam atau material yang
dapat dikerjakan dengan cold forging yakni harus memiliki sifat mampu bentuk
yang tinggi pada suhu ruang. Syarat tersebut harus dipenuhi supaya perubahan
bentuk dapat terjadi tanpa timbulnya retak atau patah. Dibandingkan dengan hot
forging, cold forging memiliki akurasi ukuran dan kualitas permukaan yang lebih
baik.
Die forging (tempa cetak)
Open-die forgin, tempa cetak
terbuka
Open-die forging adalah jenis
penempaan (forging) yang paling sederhana. Proses penempaan jenis ini dioperasikan
dengan menekan benda kerja menggunakan dua buah die (cetakan) berbentuk rata. Secara
umum, open-die forging mampu mengerjakan benda benda mulai dari yang kecil
hingga yang besar.
Proses open-die forging mirip
dengan proses pengujian tekan pada uji material. Proses ini dikenal dengan
sebuta upsetting atau penempaan upset atau flat-die forging. Upsetting adalah
pengurangan tinggi suatu benda kerja yang berakibat pada meningkatnya dimensi
penampang benda kerja tersebut.
Pada beberapa aplikasi, permukaan
die yang digunakan memiliki kontur yang tipis. Kontur Tersebut berfungsi untuk
membantu pembentukan benda kerja. Bila perlu, benda kerja dapat diputar atau
diposisikan ke berbagai macam posisi supaya perubahan bentuk yang diinginkan
bisa tercapai keterampilan dari seorang operator menjadi salah satu faktor
penentu kesuksessan dalam penempaan ini.
Open-die forging menghasilkan
bentuk bentuk yang masih kasar.oleh karena itu, open-die forging memerlukan
proses lanjutan supaya bisa mencapai bentuk dan ukuran akhir yang mendekati
toleransi. Walaupun menghasilkan bentuk yang kasar, proses open-die forging
tetap dibutuhkan karena dapat menciptakan aliran butir dan struktur metalurgi
yang baik pada logam.
Ada tiga jenis pengoperasian yang
diklasifikasikan sebagai open-die forging. Ketika jenis pengoperasian tersebut
antara lain
-
Fullering merupakan jenis pengoperasian untuk
mengurangi dimensi penampang benda kerja. Fullering menggunakan die dengan
permukaan yang cembung. Die yang cembung menyebabkan material terdistribusi
menjauh dan membentuk cekungan
-
Edging
merupakan jenis pengoperasian yang mirip dengan fullering. Hal yang
membedakan edging dengan fullering adalah bentuk permukaan die-nya. Edging
memiliki permukaan die yang cekung. Die yang cekung menyebabkan material
berkumpul pada suatu area tertentu dan membentuk cembungan.
-
Cogging merupakan jenis pengoperasian yang
terdiri dari sebuah rangkaian penekanan tempa diseluruh panjang benda kerja
untuk mengurangi dimensi penampang dan meningkatkan panjang benda kerja
tersebut. Cogging terkadangdisebut sebagai incremental forging. Dalam dunia
industri, cogging digunakan untuk membuat bloom dan slab.
Berikut beberapa kelebihan dari
open-die forging
-
die (cetakan) sederhana dan murah.
-
kisaran dimensi benda yang dapat dibuat,
tergolong luas.
-
Benda hasil tempaan memiliki tingkat kekuatan
yang baik.
-
Secara umum digunakan untuk mengerjakan benda
benda dengan jumlah sedikit.
Berikut beberapa kelemahan dari
open-die forging
-
Hasil terbatas pada bentuk yang sederhana.
-
Sulit untuk mencapai ukuran yang mendekati
toleransi.
-
Memerlukan proses permesinan supaya dapat
mencapai bentuk akhir yang sesuai.
-
Produktivitas rendah.
-
Butuh operator yang memiliki keterampilan
tinggi.