BUKU AJAR PROSES MANUFAKTUR. Oleh : Tim Dosen Laboratorium Proses Manufaktur Program Studi Teknik Industri

BUKU AJAR PROSES MANUFAKTUR

Oleh : Tim Dosen Laboratorium Proses Manufaktur Program Studi Teknik Industri

Fakultas Teknik Universitas Wijaya Putra 2009

KATA PENGANTAR Mata kuliah Proses Manufaktur merupakan jenis mata kuliah keilmuan dan ketrampilan di program Studi Teknik Industri Fakultas Teknik Universitas Wijaya Putra. Buku ajar Proses Manufaktur ini berisi teori, konsep maupun contoh-contoh proses manufaktur di bidang industri umumnya. Buku ini dilengkapi dengan gambar-gambar menarik guna memberikan ilustrasi proses

manufaktur

serta

perkembangan-perkembangan

di

industri.

Program

kuliah

direncanakan menggunakan pendekatan student center learning dimana mahasiswa harus aktif mencari bahan-bahan sendiri melalui text book maupun melalui online reading yang direkomendasikan. Mudah-mudahan buku ajar Proses Manufaktur ini dapat menambah bahan belajar bagi mahasiswa teknik industri. Terimakasih kepada seluruh asisten laboratorium Proses Manufaktur di Program Studi Teknik Industri, Fakultas Teknik-UWP maupun pihak-pihak yang telah membantu penyusunan buku ajar ini. Demi penyempurnaan buku ajar ini, kami mengharapkan kepada semua pihak untuk dapat memberikan masukan dan saran.

Penyusun Tim Dosen Laboratorium Proses Manufaktur

Buku Ajar Proses Manufaktur BAB I PENGENALAN PROSES MANUFAKTUR 1.

Sejarah Perkembangan Proses Manufaktur

Zaman permulaan proses manufaktur moderen : 

Ditemukannya mesin tenun oleh : Eli Whitney.



Mulai dimanufakturnya elemen mampu tukar.



Ditemukannya mesin frais sekitar tahun 1800.

Pemacu dan pengembang proses manufaktur moderen : 

Perang saudara di Amerika Serikat



Fred. W. taylor, berhasil meletakkan landasan ilmiah pada kemahiran memotong logam, melalui percobaan dan analisa yang dilakukannya. Ia dijuluki sebagai Bapak Industri Moderen.

 

Myron L. Begemen. Pengamat, peneliti dan penemu pada generasi berikutnya. Penemuan dan pengembangan terhadap mesin pengubah daya, yang dapat menggantikan tenaga manusia, seperti : roda air, mesin uap dan motor listrik. Disusul oleh penemuan dan pengembangan terhadap bahan / material besi dan bukan besi (ferrous and non-ferrous) mendorong manusia untuk memasuki dunia teknologi. Apalagi dengan pengembangan yang dilakukan manusia terhadap pengontrol mekanis, listrik, elektronika dan komputer, akhirnya memudahkan manusia dalam mengendalikan proses pemesinan.

Manufaktur Ekonomis Tujuan : membuat suatu produk sedemikian rupa, agar menguntungkan. Dengan demikian berarti : 

Seluruh segi pembiayaan harus ditekan, sehingga harga produk dapat diterima dan mampu bersaing.



Diciptakan kebutuhan dan pangsa pasar untuk produk tersebut.

Harga suatu produk tergantung pada : 

Harga bahan baku yang dipergunakan.



Biaya pemesinan dan upah buruh.



Biaya penyimpanan dan penjualan.



Biaya over head.

Program Studi Teknik Industri UWP

1

Buku Ajar Proses Manufaktur



Biaya pemesinan dan upah buruh sangat berkaitan erat. Dan merupakan bagian terbesar dari biaya manufaktur di samping bahan baku.



Bila bahan dasar telah ditentukan, maka proses dan mesin produsinya harus disesuaikan dengan bahan tersebut. Sebaliknya, dengan dimilikinya mesin tertentu, maka jenis bahan baku yang mungkin dapat digunakan akan terbatas.



Pencapaian laju manufaktur yang tinggi seperti saat ini, dimungkinkan akibat adanya pengembangan desain mesin yang bertahap, terencana dan lebih efisien. Ditambah lagi dengan perpaduan berbagai operasi, peningkatan kemampuan mesin dan bahkan melengkapinya dengan kontrol otomatis, sehingga dapat dihemat waktu dan tenaga.



Penjagaan mutu dan ketelitian operasi pembuatan memerlukan pengendalian dimensi yang ketat, sehingga dapat dihasilkan produk yang awet dan memiliki kemampuan tukar. Agar kendali dimensi dapat berjalan dengan baik, maka produsen harus menyediakan perangkat inspeksi yang memadai.

Ada tiga kriteria dasar yang melandasi manufaktur ekonomis : 

Suatu rancangan fungsional yang sederhana dan memiliki mutu penampilan memadai.



Pemilihan bahan yang tepat berdasarkan pertimbangan sifat fisis, penampilan, harga dan pembuatan (pemesinan)nya.



Penetapan proses manufaktur yang mampu menghasilkan produk dengan ketelitian dan penyelesaian permukaan yang memenuhi persyaratan dan dengan harga yang serendah mungkin.

Perancangan Produk  Produk harus dirancang sedemikian rupa sehingga harga bahan, ongkos manufaktur dan biaya penyimpanan dapat ditekan seminimal mungkin. 

Hampir semua produk dapat dibuat lebih kuat, lebih tahan lama. Namun demikian perancang harus dapat menarik batas, sehingga dihasilkan produk yang ekonomis.



Suatu disain dapat saja dibuat dari bahan yang lebih murah dalam jumlah yang lebih banyak, untuk menggantikan bahan yang lebih kuat tetapi lebih mahal.



Produk tidak perlu dirancang melebihi persyaratan pemakaiannya, karena ada kalanya rancangan yang baik mencangkup pemilihan cara penyelesaiannya.



Orang sering memilih suatu produk berdasarkan fungsi, cara operasi dan penampilannya. Produk tertentu dengan warna dan penampilan yang menarik seringkali lebih mudah dipasarkan. Namun tidak dapat disangkal bahwa umumnya fungsi suatu suku cadang


2

Buku Ajar Proses Manufaktur merupakan faktor penentu. Umpamanya disyaratkan kekuatan yang tinggi, ketahanan aus, daya tahan korosi atau batasan berat yang ketat. Bahan Teknik  Sifat fisik, ciri pemesinan, cara pemberian bentuk dan daya guna berbagai jenis bahan sangat beraneka ragam. Seorang perancang harus mempertimbangkan hal-hal tersebut dalam memilih bahan yang paling ekonomis dan proses yang terbaik untuk produk yang dirancangnya. 

Bahan teknik ada beribu-ribu jenisnya. Secara garis besar terbagi dua, yaitu : logam dan non-logam. Logam terdiri dari besi dan selain besi. Bahan selain logam terdiri atas bahan organik dan bahan non-organik. Ada ribuan jenis bahan logam murni ataupun paduannya dan juga bahan bukan logam. Sehingga untuk menentukan pilihan yang tepat diperlukan pengetahuan yang memadai.



Bahan teknik jarang ditemukan sebagai bahan siap pakai di alam semesta ini. Logam ditemukan sebagai mineral dalam bentuk Oksida, Sulfida atau Karbonat. Sebelum diolah lebih lanjut dia harus dimurnikan terlebih dahulu.

Pemilihan Proses dan Mesin  Memmanufaktur sesuatu memerlukan perangkat perkakas dan mesin yang dapat dipergunakan dengan tepat dan ekonomis. Pemilihan mesin dan prosesnya yang tepat sangat menentukan, ini tergantung dari jumlah produk yang dibuat. Karena umumnya jenis mesin tertentu dibuat untuk memenuhi hasil (out put) tertentu pula. 

Pekerjaan pemesinan dalam jumlah kecil atau sesuai jumlah pesanan, dapat dilakukan oleh mesin jenis serba guna (general purpose machines), seperti : mesin bubut, mesin bor, mesin skrap. Karena mesin-mesin tersebut dapat disesuaikan dengan tugas pekerjaan, harganya murah, pemeliharaannya mudah dan serba guna.



Bila akan membuat produk standar dalam jumlah yang besar, maka perlu dipertimbangkan penggunaan mesin khusus (special purpose machines). Mesin ini untuk suatu jenis pekerjaan tertentu, seperti menggerinda piston atau menghaluskan permukaan kepala silinder, akan sanggup menyelesaikan pekerjaan tersebut dengan cepat dan murah oleh seorang operator dengan keterampilan sedang.



Pemilihan mesin atau suatu proses yang terbaik untuk membuat suatu produk tertentu memerlukan pengetahuan mendasar mengenai segala kemungkinan proses manufaktur. Meskipun kebanyakan suku cadang dapat dibuat dengan beberapa cara, umumnya ada satu


3

Buku Ajar Proses Manufaktur cara yang paling ekonomis. 

Proses pengerjaan logam dapat diklasifikasikan secara umum berupa : non– cutting (selain penyayatan) dan cutting (penyayatan). Dengan modifikasi tertentu proses ini dapat pula diterapkan pada bahan bukan logam.

Klasifikasi proses memmanufaktur : 

Proses pengubahan bentuk bahan secara non-cutting (selain penyayatan) : 

Ekstraksi bijih (mengolah bijih)



Pengecoran



Pengerjaan panas dan dingin


4






Metalurgi serbuk



Pencetakan plastik

Proses pemotongan suku cadang (cutting) :





Pemesinan tradisional dengan pembentukan geram.



Pengikisan logam.

Proses untuk penyelesaian permukaan : 

Pengikisan logam.



Polis.



Pelapisan.



Proses untuk penyambungan bagian atau bahan.



Proses untuk pengubahan sifat fisik.

Perubahan Bentuk  Bentuk mula logam umumnya adalah batang (ingot), yang diperoleh sebagai hasil proses pengolahan bijih. Bijih logam cair dituangkan ke dalam cetakan logam atau grafit, sehingga dihasilkanlah ingot dengan ukuran tertentu yang memudahkan pembentukan selanjutnya. Berbagai proses pengubahan bentuk logam atau bahan lain secara non–cutting dapat dilakukan sebagai berikut :





Proses Pegecoran (casting)

11. Proses putar-tekan



Proses penempaan (forging)

12. Proses tarik-tekan



Proses ekstrusi (drawing)

13. Proses rol-bentuk



Proses pengerolan (rolling)

14. Pemotongan nyala



Proses penarikan

15. Pembentukan eksplosif



Proses penekanan

16. Pembentukan elektrohidrolik



Proses tusuk-tekan

17. Pembentukan magnetik



Proses pemukulan

18. Pembentukan elektro



Proses pembengkokan

19. Pembentukan serbuk logam



Proses pengguntingan (shearing)

20. Pencetakan plastik

Adakalanya pada proses-proses tersebut bahan mengalami perobahan bentuk menjadi produk jadi atau setengah jadi. Kadang-kadang lansung dapat digunakan seperti pada pemutaran logam, penggilingan dingin, cetak-tekan, pembentukan tarik regang atau penarikan kawat.


5

Buku Ajar Proses Manufaktur 

Perlu dicatat bahwa untuk proses pembentukan elektro, pembentukan serbuk logam dan pencetakan plastik, benda mulanya bukan hasil cor-an.



Pembentukan peledakan, elektrohidrolik dan magnetik adalah proses dengan laju energi tinggi, dimana produk dibentuk dengan cara sangat cepat pada tekanan tinggi.

Pemesinan Dalam memmanufaktur dikenal berbagai operasi pemesinan : 



Proses pemotongan geram tradisional (cutting), yang meliputi : 

Pembubutan (turning)

7. Penggergajian (sawing)



Penyerutan

8. Pemotongan tarik



Pengetaman (planning)

9. Pemfraisan (milling)



Penggurdian

10. Penggerindaan



Pelebaran

11. Hobbing



Pengeboran (drilling)

12. Routing

Proses pemesinan (cutting) bukan tradisional (modern), meliputi : 

Ultrasonik

5. Frais kimia



Erosi loncatan listrik

6. Pemotongan abrasi



Laser optik

7. Pemesinan oleh berkas elektron



Elektro kimia

8. Busur plasma

Proses kelompok B umumnya diterapkan pada proses manufaktur yang memerlukan ketelitian yang tinggi. Penyambungan Produk yang terdiri dari dua atau lebih bagian memerlukan proses penyambungan yang meliputi : 

Pengelasan

5. Penyambungan baut



Solder

6. Pengelingan



Sinter

7. Penyambungan pasak



Penyambungan muai-susut

6. Perekatan dengan lem

Perubahan Sifat Fisis Proses yang biasa diterapkan untuk tujuan ini adalah : 

Perlakuan panas (proses pemanasan dan pendinginan logam dalam keadaan padat


6

Buku Ajar Proses Manufaktur untuk mengubah sifat-sifat fisis logam (keras-lunak) 

Pengerjaan panas (pembetukan logam pada temperatur luluh)



Pengerjaan dingin (pembentukan logam dibawah temperatur rekristalisasi)



Benturan peluru (Shot Peening)

Penyelesaian Permukaan Untuk menghasilkan permukaan yang licin, datar dan bagus atau untuk menghasilkan lapisan pelindung, maka dapat dilakukan beberapa proses operasi penyelesaian permukaan, sebagai berikut : 

polis



gosok amril/amplas



pelapisan listrik



pelapisan semprot logam



Lapisan anorganik



Pelapisan phospat (Parkerizing)



Anodisasi

2. Introduksi Proses Manufaktur Tiga Jenis Manufaktur / Industri 

Natural Production

Primary Industries

Contoh: agriculture, forestry, fishery, mining 

Production for the Market

Secondary Industries

Ex.: manufacturing industry; construction industry; electric, gas, heat supply, and water industry (PAM) 

Production for Utility

Tertiary Industries

Utility menunjukkan derajat pemenuhan kepuasan manusia. Usaha untuk meningkatkan kegunaan/nilai (added value) produk. Contoh : transportation & communication industry, wholesale (grosir) & retail trading, restaurant, finance & insurance, property, service, official/public business. 

Apa itu Manufaktur? Manufaktur berasil dari bahasa Yunani, manu dan factum/factus. Manu berarti tangan, faktum berarti membuat. Sehingga dari asal katanya manufaktur memiliki arti membuat


7

Buku Ajar Proses Manufaktur sesuati dengan tangan. Tiga definisi Manufacturing: 

Secara teknis: Manufacturing adalah pengolahan bahan mentah melalui proses fisika dan kimia untuk mengubah bentuk (geometry), sifat (properties) dan/atau tampilan (appearance) untuk membuat komponen atau produk. Manufaktur juga mencakup perakitan (assembly) berbagai komponen menjadi produk. Manufaktur umumnya memiliki beberapa tahap operasi, dan setiap tahapan operasi membawa bahan mentah lebih dekat ke bentuk akhir.



Secara ekonomis: Manufaktur adalah proses transformasi bahan mentah kepada bentuk yang memiliki nilai tambah melalui satu atau lebih proses dan/atau operasi perakitan. Bahan menjadi lebih bernilai melalui proses manufaktur yang dilakukan.



Menurut CIRP 1983: Manufacturing adalah satu rangkaian kegiatan yang meliputi: desain produk, pemilihan bahan, perencanaan, manufaktur (pembuatan), jaminan kualitas, manajemen, dan penjualan; yang dilakukan dalam satu perusahaan. (CIRP, 1983).

Manufacturing Process Machinery Raw material

Tooling Power Labor Manufacturing Process

Processed parts

Scrap & Waste

Raw material

$


Manufacturing Process Value added $$

Processed parts

$$$

8


Apa beda Manufaktur dan produksi ? 

Khususnya pada bidang teknik Mesin, kata Production dan Manufacturing digunakan dalam pengertian yang sama. Hanya keduanya digunakan dalam dua pengertian, yaitu arti luas dan arti sempit.



Dalam arti luas, manufaktur dan manufaktur mencakup seluruh aktivitas perusahaan manufaktur, mulai dari perencanaan dan perancangan produk hingga penjualan dan service purna jual.



Dalam arti sempit, manufaktur dan manufaktur berarti kegiatan mengolah bahan mentah dengan mengubah bentuk, sifat dan/atau tampilan, menjadi komponen, dan merakitnya menjadi produk.

Pabrik (factory, plant): tempat melakukan kegiatan manufaktur. Perusahaan Manufaktur (manufacturer, manufacturing firm): perusahaan yang melakukan kegiatan manufaktur dan penjualannya. 

Apa itu Industri? 

Industry: kegiatan ekonomi yang terkait dengan manufaktur dan penyediaan barang dan jasa dilakukan di suatu tempat tertentu dan merupakan salah satu jenis pekerjaan dari masyarakat.



Industry dapat dikelompokkan: 

Primary Industries. Industri yang mengolah dan mengeksploitasi sumber daya alam, seperti pertanian dan pertambangan.



Secondary Industries. Industri yang mengolah hasil industri primer dan merubahnya menjadi barang konsumsi dan barang modal. Kegiatan utama dalam kategori ini adalah manufaktur, juga termasuk konstruksi dan energi.



Tertiary Industries. Merupakan industri sektor jasa dalam ekonomi.

Manufactured Products (produk manufaktur) adalah produk akhir yang dibuat oleh industri, dibedakan menjadi dua: 

Consumer Goods. Produk yang dibeli dan langsung digunakan oleh konsumen, seperti mobil, personal computers, TVs, rackets, etc.



Capital Goods. Produk yang dibeli dan digunakan untuk menghasilkan produk lain, atau menyediakan jasa, seperti pesawat terbang, kereta api, mesin perkakas dsb.


9


Specific Industries in the Primary, Secondary, and Tertiary Categories Primary Pertanian Kehutanan Perikanan Peternakan Penambangan Perminyakan

Secondary Penerbangan Konveksi Otomotif Logam dasar Minuman Bahan bangunan Kimia Komputer Konstruksi Elektronik Perlengkapan Logam olahan Makanan

Kaca, keramik Kertas Penyulingan minyak Farmasi Plastik Listrik Percetakan Tekstil Karet dan ban Kayu dan furniture

Tertiary (Service) Banking Communications Education Entertainment Government Health & medical Hotel Insurance Real estate Repair and maintenance Restaurant Tourism Transportation

Definisi Teknik Mesin dan Proses manufaktur 

Teknik Mesin (Mechanical Engineering) adalah: Bidang ilmu pengetahuan yang memiliki tujuan akhir untuk mendesain dan membuat/memmanufaktur mesin-mesin dengan fungsi yang lebih baik.



Proses manufaktur (Manufacturing Proses) adalah bidang ilmu pengetahuan yang meliputi: 

Memproses bahan mekanik untuk membuat komponen yang memiliki ukuran dan bentuk tertentu.



Merakit (assembling) komponen-2 untuk membuat mesin/alat mekanik yang diinginkan.

Karakteristik Bahan Mekanik Sebagian besar bahan mekanik adalah berupa bahan Logam, karena selain memiliki kekuatan yang tinggi dan sifat homogenitas, juga memiliki karakter sbb.: 

Fusibility, bahan logam jika dipanaskan akan mencair, kemudian jika didinginkan akan menjadi padat kembali dan memiliki kekuatan seperti semula. Sifat ini duganakan untuk proses pengecoran (casting), pengelasan (welding), dst.


10


Plasticity, bahan logam jika diberi gaya yang besar akan terjadi deformasi plastis (mulur). Sifat ini digunakan untuk proses forging, rolling, form rolling, extrusion, shearing, bending, drawing, dst.



Machinability, bahan logam dapat dipotong/dihilangkan bagian yang tidak diperlukan dalam bentuk geram. Sifat ini digunakan untuk proses bubut, milling, drilling, grinding, dst. Ketiga karakter (fusibility, plasticity, dan machinability) itu disebut workability, yaitu karakter yang menunjukkan kemampuan bahan untuk diproses.



Diagram Proses manufaktur



Operations 

Shaping Processes: mengubah bentuk bahan mentah dengan berbagai metode. 

Solidifications processes, bahan mentah dipanaskan hingga mencair, kemudian dituangkan dalam cetakan, dan didinginkan dan dipadatkan.



Particulate processing, bahan mentah berupa serbuk (powder) dimasukkan dalam cetakan dan dipanaskan sehingga dihasilkan bentuk yang diinginkan.



Deformation processes, bahan mentah padat dan ulet (biasanya logam) dibentuk dengan deformasi plastis dengan diberi gaya besar.



Material removal processes, bahan mentah berbentuk padat (ulet maupun getas), dipotong dengan pahat potong untuk menghilangkan bagian yang tidak berguna.


11


Property-Enhancing Processes: memberi nilai tambah pada bahan dengan meningkatkan sifat fisik tanpa mengubah bentuk. Proses utamanya adalah heat treatment dan sintering.



Surface Processing Operations: dilakukan untuk membersihkan, melapiskan dan menempelkan suatu material pada permukaan terluar benda. 

Cleaning and surface treatments. Cleaning mencakup proses kimia dan mekanik untuk membersihkan kotoran, minyak dan kontaminan lain dari permukaan benda kerja. Surface treatments mencakup pengerjaan mekanik seperti: shot peening dan sand blasting, dan proses fisika seperti diffusion dan ion implantation.



Coating and thin film deposition processes. Penerapan bahan pelapis (coating) pada permukaan terluar dari benda kerja. Proses Coating meliputi electroplating, anodizing of aluminum, organic coating (call it painting), dan porcelain enameling. Thin film deposition processes (penempelan lapisan tipis) meliputi physical vapor deposition (PVD) and chemical vapor deposition (CVD) untuk membentuk lapisan yang sangat tipis dari berbagai unsur.

Referensi. 

Fundamentals of Modern Manufacturing, Materials, Processes, and Systems; Second Edition, Mikell P. Groover; John Wiley & Sons, Inc.



Teknologi Mekanik, Sriati Djaprie, Penerbit Erlangga. Terjemahan dari: Manufacturing Process, B.H. Amstead, Philip F. Ostwald, Myron L. Begeman John Wiley & Sons



Manufacturing Process I, Kenji Asakura, Fumio Hasimoto, Kyouritsu Syuppan, 2002.



Teknologi Mekanik Jilid 2, Bambang Priambodo, Penerbit Erlangga. Terjemahan dari: Manufacturing Process, B.H. Amstead, Philip F. Ostwald, Myron L. Begeman John Wiley & Sons



Manufacturing Process II, Kenji Asakura, Fumio Hasimoto, Kyouritsu Syuppan, 2002



Manufacturing Processes for Engineering Materials, Fourth Edition, Serope Kalpakjian and Steven R. Schmid, Prentice Hall, New Jersey, 2003.


12


BAB 2 SADURAN BEGEMEN Sifat Bahan Jenis bahan baku yang digunakan industri saat ini sudah sangat manca ragam. Masing-masing memiliki keunggulan yang saling berbeda antara satu dengan lainnya. Pemilihan tidak lagi berdasarkan pertimbangan teknis belaka, karena pertimbangan ekonomis memegang peran yang sangat penting pula. Pemilihan Bahan  Penentuan bahan yang tepat pada dasarnya merupakan kompromi antara berbagai sifat bahan, lingkungan dan cara pemakaian.serta sampai dimana sifat bahan dapat memenuhi persyaratan yang telah ditentukan. 

Karena ada beberapa jenis bahan yang masih diimpor, maka masalah pengadaan, persediaan dan harga memegang peranan yang penting. Faktor ini berubah dari waktu ke waktu maupun dari tempat ke tempat dan sangat tergantung dari situasi. Jadi dapat dikatakan bahwa pemilihan bahan merupakan suatu proses berkesinambungan yang perlu ditinjau secara teknis – ekonomis dan objektif.

Ada beberapa sifat teknis yang harus diperhatikan seorang perancang mesin sewaktu memilih bahan : 





Sifat mekanik. 

Modulus Elastisitas

- Tahan aus



Batas mulur

- Daya tahan thd : tekuk, torsi dan geser



Kekuatan tarik

- Peka takik



Sifat fatik

- Fatik takik



Keuletan

- Impak

Sifat yang diperlukan selama proses pembentukan. 

Mampu mesin (machinability)

- Karakteristik pengerjaan panas.



Mampu las (weldability)

- Mampu tempa.



Karakteristik pengerjaan dingin.

Sifat yang berhubungan dengan pengaruh lingkungan. Antara lain : 

Daya tahan korosi : dalam cuaca atau lingkungan biasa dan di bawah pengaruh unsureunsur kimia, minyak, gemuk, pelumas, korosi lubang dsb.


13


Daya tahan panas.



Ketahanan aus.



Pelapukan.

Pengelompokan Bahan Secara garis besar, bahan-bahan yang digunakan dalam teknik dapat dikelompokkan dalam dua kelompok besar : 

Bahan Logam 

Besi, baja dan paduannya (ferrous). Seperti : besi (Fe), baja karbon (Fe3C), molybdenum (Fe2C-Mo), triple alloy steels (FeCrNiMo) dan lain-lain.



Logam selain besi dan paduannya (non-ferrous) seperti : timah (Sn), alumunium (Al), tembaga (Cu), seng (Zn), nikel (Ni), mangan (Mn), vanadium (V), tintanium (Ti), wolfram (W) dan lain-lain.



Umumnya logam jarang digunakan dalam keadaan murni, kecuali untuk hal-hal khusus.



Bahan Bukan logam 

Organik, berasal dari alam (tumbuhan, hewan atau bahan yang mengandung unsur karbon). seperti : karet alam, kertas, minyak bumi, gas alam, kayu, kulit dan plastik.



Anorganik Seperti : mineral-mineral, batuan-batuan, semen, beton, keramik, gelas dan grafit (memiliki struktur tersendiri).



Bahan organik memiliki perbedaan sifat yang mendasar dibandingkan bahan anorganik. Bahan organik umumnya larut dalam cairan organik, seperti : alkohol, tetapi sukar larut dalam air. Bahan anorganik umumnya lebih tahan terhadap panas dibanding bahan organik.

Bijih (mineral) Sebagai Bahan Baku  Bahan baku logam berasal dari bijih-bijih (Fe3O4 , Fe2O3 , FeCO2) yang ditambang dari alam. Diolah melalui penggiling dan pemisah (secara fisis dan kimia) untuk kadar yang lebih tinggi agar kotoran seperti bahan organik dan tanah terpisah. Pada proses ekstraksi dan peningkatan kadar ini diperlukan energi (panas) atau bahan-bahan kimia. Proses pengolahan ini pada dasarnya merupakan proses reduksi oksida besi yang terdapat di alam bebas. 

Proses secara besar-besaran dimulai pada abad 14 dengan dikembangkannya proses


14

Buku Ajar Proses Manufaktur dapur tinggi. Disusul dengan penemuan proses pemurnian dan pembuatan baja, antara lain : proses Bessemer dan proses Thomas. 

Dibidang logam selain besi, alumunium merupakan logam ringan yang cukup menonjol. Diolah dari bauksit dengan energi listrik tinggi. Sehingga meskipun seperdua belas kulit bumi ini terdiri dari alumunium, harganya tetap lebih mahal dibanding besi.

Struktur Logam  Dalam keadaan padat struktur logam memiliki atom-atom yang tersusun mengikuti pola geometri tertentu, sehingga berbentuk kristal. Dikenal ada 7 sistim kisi ruang kristal logam, yaitu : Kubik, Tetragonal, Orthorombik, Monoklinik, Triblinik, Heksagonal dan Rombohedral. Bentuk dan ukuran atom kisi tersebut dapat ditentukan secara difraksi sinar – X . 

Logam biasanya mempunyai struktur Kubik, yaitu : 

Kubik pemusatan ruang (kpr), yang mempunyai atom pada setiap titik sudut kubus dan sebuah dipusatnya. Logamnya adalah : Besi ( - Fe) pada suhu ruang, khrom, molibden, vanadium dan tungsten (wolfram).



Kubik pemusatan sisi (kps), mempunyai atom pada setiap titik sudut kubus dan sebuah atom pada bagian tengah setiap sisinya. Logamnya adalah :



Besi ( - Fe) pada suhu tinggi, alumunium, perak, emas, tembaga dan nikel.

Heksagonal tumpukan padat (htp). Logamnya adalah : berilium, kadmium, titanium dan magnesium.



Dengan demikian besi (Fe) memiliki struktur yang berbeda pada suhu yang berlainan, sifat ini disebut alotropi. Pada suhu ruang , besi mempunyai struktur kpr yang disebut juga sebagai besi ( - Fe). Pada suhu diatas 910o C, strukturnya berubah menjadi kps atau Besi ( Fe).



Sifat logam berkaitan erat dengan strukturnya. Logam dengan struktur htp umumnya kurang kenyal dan rapuh bila ditekuk atau dimesin, sedangkan logam kps umumnya lebih kenyal.



Paduan logam akan menghasilkan susunan atom yang berlainan dengan logam induknya. Diantaranya : 

Larutan padat subtitusi, seperti pada paduan seng dan tembaga yang membentuk kuningan, dimana atom-atom seng menggantikan atom-atom tembaga pada kisi.



Larutan padat interstisi, seperti pada paduan karbon dengan besi. Karena ukuran atom


15

Buku Ajar Proses Manufaktur karbon lebih kecil dari atom besi, maka atom karbon menempati ruang kosong diselasela atom-atom besi dalam kisi. Ikatan atom logam paduan akan mencair pada suhu tertentu dan memiliki konduktivitas dan keuletan yang lebih rendah, sebaliknya memiliki kekuatan dan kekerasan yang lebih tinggi. Contoh lainnya adalah Alumunium – tembaga, Tembaga – magnesium dan timah putih – antimony. Pembentukan Butir 

Terjadi pada saat logam cair membeku, atom-atomnya mengatur diri mengikuti suatu pola geometris tertentu. Mula-mula terbentuk inti yang kemudian tumbuh menjadi kristal dengan susunan kisi yang teratur. Inti terbentuk sewaktu logam cair mulai membeku dengan arah pertumbuhan yang acak. Fasa padat



Fasa cair

Pertemuan antara kristal yang satu dengan kritas lain yang atomnya sama-sama sedang tumbuh, menghentikan pertumbuhan tersebut pada permukaan singgung diantaranya yang disebut batas butir. Orientasi (arah) kristal akan selalu berbeda pada batas butir.



Pada umumnya pertumbuhan kristal tidak merata, ada yang cepat ada yang lambat dan strukturnya menyerupai dahan dan ranting pepohonan.



Besar butir tergantung laju pendinginan pada saat proses pengerjaan panas dan pengerjaan dingin, sewaktu logam dibentuk.



Logam dengan butiran yang halus umumnya memiliki kekuatan dan keuletan yang lebih baik dibanding logam berbutir kasar. Karena pada proses deformasi yang dialaminya, logam berbutir halus memiliki hambatan slip yang lebih besar dibanding yang berbutir kasar. Selain itu logam berbutir halus tidak mudah retak sewaktu dicelup (didinginkan dengan tiba-tiba).



Logam berbutir kasar lebih mudah pemesinannya, lebih mudah dikeraskan melalui perlakuan panas, memiliki daya hantar panas dan listrik yang lebih baik serta merata tingkat kekerasannya.


16


Besarnya ukuran butir menentukan sekali pada sifat-sifat logam. Penambahan zat-zat tertentu pada logam yang sedang mencair dapat mengendalikan pertumbuhan butirnya. Pemberian alumunium pada baja dapat menghasilkan butir-butir yang halus. Kuningan pada selonsong peluru, butirnya yang kasar akan memudahkan pada proses pembentukan. Pembentukan butir yang halus setelah proses pencetakan akan menghasilkan permukaan yang lebih halus dan meningkatkan keuletan logamnya.



Dengan demikian tingkat kekerasan maupun ukuran butir logam tergantung dari riwayat thermalnya. Pendinginan logam dari suhu tinggi secara cepat dengan mencelupkannya dalam air, akan meningkatkan kekerasannya. Sebaliknya pendinginan secara perlahan dengan celupan minyak melalui proses Anil, akan melunakkannya, meningkatkan keuletan dan ketangguhan serta meniadakan tegangan-tegangan.

Sifat Bahan  Sifat bahan mencangkup berat jenis, tekanan uap, muai panas, daya hantar panas, sifat listrik dan magnet serta sifat teknik lainnya. 

Sifat teknik adalah kekuatan tarik, kekuatan tekan, kekuatan torsi, modulus elastisitas dan kekerasan. Kekuatan tarik dan kekerasan adalah sifat utama dari logam.

Kekuatan Tarik 

Kekuatan tarik ditentukan pada percobaan tarik. Ia merupakan salah satu sifat bahan yang dapat digunakan untuk memperkirakan karakteristik bahan sewaktu mengalami pelenturan dan pemesinan.


17




Dari data yang berhasil dihimpun selama penarikan benda uji, dapat dibuat kurva tegangan – regangan, dimana :



Bentuk kurvanya biasa jadi berbeda-beda, tergantung pada jenis bahan dan perlakuan panas yang diterima logam. Dalam hal ini sebagai berikut :


18


Awal garis yang lurus akibat besarnya tegangan sama dengan regangan menunjukkan daerah batas sifat elastis logam. Jadi jika pembebanan masih diwilayah ini, maka perubahan bentuk dan ukuran benda tidak bersifat permanen dan dapat kembali kesediakala. Pada daerah inilah terletaknya Modulus Elastisitas.

Kekuatan geser, tekan dan puntir 

Kekuatan geser bahan besarnya sekitar 50% dari kekuatan tarik. Sedangkan besarnya kekuatan torsi sekitar 75% dari kekuatan tarik.



Kekuatan tekan pada benda yang rapuh mudah ditentukan, karena mudah patah. Tapi pada bahan yang ulet (duktil) kekuatan tekannya baru terlihat bila beban yang diberikan besar. Bahan rapuh seperti besi cor kira-kira 3 – 4 kali kekuatan tarik. Tetapi untuk baja, karena sangat ulet sulit untuk ditentukan.

Keuletan (ductility) 

Bahan yang mudah untuk ditekuk, ditarik, diregang dan dibentuk (bentuknya dirubah secara permanen) adalah bahan yang ulet. Bahan yang ulet memiliki sifat yang bertolak belakang dengan bahan yang keras, karena bahan yang keras biasanya rapuh dan gampang patah.



Percobaan tarik dapat digunakan sebagai patokan suatu bahan dengan menentukan besar regangannya (dalam %) saat benda uji putus.

Persentase perpanjangan =

x 100%

Percobaan Impak dan percobaan fatik 

Suatu jenis logam bisa jadi keras dan kuat, namun tidak tahan terhadap beban kejut atau impak.



Guna mengetahui ketahanan bahan dari beban kejut, pengujian yang lazim digunakan adalah percobaan Charpy.



Untuk ini, benda uji yang sudah diberi takik di bagian tengah panjangnya, diletakkan pada sebuah tumpuan. Ayunan palu bandul kemudian ditimpakan pas dibagian yang bertakik.



Dari besarnya gerakan akhir ayun bandul yang tercatat, akan dapat ditentukan besarnya jumlah energi yang diperlukan untuk mematahkan benda uji, yang menjadi indikasi ketahanan logam terhadap beban kejut.

Kekerasan Program Studi Teknik Industri UWP

19


Ada beberapa metode yang dapat digunakan untuk menentukan kekerasan bahan. Untuk keperluan industri biasanya digunakan metode pengukuran ketahanan terhadap penetrasi bola kecil, kerucut atau piramida.



Dalam pelaksanaannya, alat tekan yang berujung bola kecil, kerucut atau piramida ditekan kedalam bahan dengan beban mula tertentu. Kemudian beban dinaikkan, sehingga akhirnya kekerasan dapat dibaca dari selisih kedalaman yang ditimbulkan oleh beban akhir dikurangi beban mula. Sedangkan skala kekerasan tergantung dari bentuk dan jenis penekan dan beban.



Pengujian kekerasan Rockwell dalam hal ini banyak digunakan, karena penekan dan besarnya beban dapat diubah sesuai kebutuhan. Dengan demikian kekerasan dari selaput tipis hingga logam yang paling keraspun dapat diukur oleh alat ini.



Bila penekannya terbuat dari intan dan beban yang digunakan besarnya 331 pound, maka disebut kekerasan skala Rockwell C. Skala ini umumnya digunakan untuk baja yang keras.



Pada bahan baja yg lebih lunak dan logam bukan ferrous, digunakan skala B.

Disini

penekannya berbentuk bola berdiameter 1/16 inci dengan beban sebesar 220 lb. 

Pada metode kekerasan Brinell digunakan bola berdiameter 10 mm dengan pembebanan sebesar 3000 kg. Diameter jejak diukur melalui mikroskop yang mampu mengukur hingga ketelitian 0,05 mm.



Pengukuran kekerasan dikelompokkan dalam bentuk pengujian tak merusak dan diterapkan untuk inspeksi berbagai suku cadang. Karena mudah ditentukan dan tidak merusak, jenis pengujian ini sering dimanfaatkan untuk pengendalian mutu pada proses-proses perlakuan panas, pembentukan dingin dan panas.


20


BAB 3 PEMBUATAN BESI DAN PADUANNYA 

Penggunaan besi dan baja meliputi 95 % dari penggunaan seluruh manufaktur dunia dan satu-satunya logam yang memenuhi persyaratan teknis maupun ekonomis. Diperkirakan, besi telah dikenal manusia sejak tahun 1200 SM.



Di beberapa bidang, penggunaannya sudah mulai disaingi oleh logam bukan besi dan bahan baku bukan logam.



Proses pembuatan baja diperkenalkan pertama kali oleh Sir Henry Bessemmer dari Inggris, sekitar tahun 1800. Sedangkan dalam waktu yang hampir bersamaan William Kelly dari Amerika berhasil membuat besi mampu tempa (malleable iron).

Pembuatan Besi Kasar  Besi kasar merupakan bahan utama untuk pembuatan besi dan paduannya. Dihasilkan dari proses pencampuran bijih besi dengan kokas dan batu gamping (batu kapur) yang dilebur dalam tanur tinggi. 

Bijih besi yang lazim digunakan adalah hematite, magnetit, siderit dan himosit. Hematit (Fe2 O3) adalah bijih besi yang paling banyak dimanfaatkan, karena kadar besinya tinggi dan kadar kotorannya rendah.

Tanur Tinggi  Pada proses pembuatannya, bahan baku dinaikkan ke puncak tanur dengan pemuat otomatis, kemudian dimasukkan ke dalam hopper. Untuk menghasilkan 1000 Mg besi kasar diperlukan sekitar 2000 Mg bijih besi, 800 Mg kokas, 500 Mg batu kapur yang disusun berlapis-lapis melalui hembusan 4000 Mg udara panas temperatur 5002C dari tuyer. Kalor yang diperlukan berasal dari reaksi pembakaran gas karbon monoksida yang keluar dari tanur melalui tuyer yang terletak tepat di atas pusat pengumpulan besi cair. 

Batu kapur digunakan sebagai fluks untuk mengikat kotoran yang terdapat dalam bijih, dan membentuk terak cair. Karena lebih ringan dari besi cair, terak ini akan terapung di atasnya dan secara berkala disadap.



Disamping setiap Mg besi dihasilkan pula 0,5 Mg terak dan 6 Mg gas panas. Terak dapat digunakan sebagai bahan bangunan (campuran beton) atau sebagai bahan isolasi panas.


21


Reduksi Langsung  Pada proses ini bijih besi (pellet) direaksikan dengan gas alam menjadi besi spons yang berbentuk butiran. Dari 100 Mg besi pellet dapat dihasilkan 63 Mg besi spons. 

Besi spons memiliki komposisi kimia : Fe (88 – 91 %), C (1,5 – 2,5 %), SiO2 (1,25 – 3,43 %), Al2O3 (0,61 – 1,63 %), CaO (0,2 – 2,1 %), MgO (0,31 – 1,62 %), Cu (0,001 – 0,004 %) dan kotoran / oksida-oksida lainnya (0,1 – 0,5 %). Tingkat metalisasi 86 – 90 %.



Besi spons bersama-sama besi tua (scrap) dan paduan fero dilebur dan diolah menjadi billet baja.

Pengolahan Besi Kasar  Besi kasar umumnya dituangkan dalam cetakan untuk dicairkan nantinya. 

Pada pengolahan lanjut, jenis logam ferro yang dihasilkan ditentukan oleh kadar karbon dan proses pengolahannya, yakni sebagai berikut :


22

Buku Ajar Proses Manufaktur Besi Kasar Proses Puddel

Proses Bessemer

Proses Tanur

Tanur Terbuka

Dapur Listrik

Oksigen basa (BOF) Proses Aston

Baja karbon dan baja paduan (0,1 % < C < 2,0 %)

Tanur Udara

Kupola

Besi mampu tempa 2 % < C < 2,5 % Besi cor kelabu (2,5 % < C < 3,7 %)

Besi karbon rendah (C < 0,1 %) 

Karakteristik setiap proses/dapur berlainan. Bahan dan sumber energi yang digunakan berbeda pula. Pembuatan baja pada hakekatnya adalah proses pemurnian besi kasar, diiringi perpaduan dengan persyaratan kimia tertentu.

Logam Besi Dan Baja  Logam ferrous dapat dikelompokan berdasarkan komposisi kimia, khususnya kadar karbon, sifat-sifat mekanis/fisis atau tujuan penggunaannya. Besi Karbon Rendah  Mengandung C < 0,1 % dan 1 – 3 % terak halus yang tersebar secara merata di dalamnya yang dibuat melalui proses pudding atau proses Aston. 

Pada proses pudding, besi kasar dicampur dengan besi bekas lalu dilebur dalam dapur pudding manual melalui pemanasan dengan kokas, minyak atau gas. Hasil produk yang berbentuk campuran besi dan terak kemudian dituang dari dalam dapur untuk digiling guna memisahkan teraknya.



Pada proses Aston, besi kasar dilebur dalam kupola dan kemudian dimurnikan dalam bejana Bessemer. Logam murni yang mengandung sejumlah terak kemudian dituang ke ladel / shotting. Suhu terak yang lebih rendah menyebabkan logam cair cepat membeku. Letupan-letupan gas-gas yang larut bebas memecah logam menjadi bagian-bagian kecil. Kepingan ini akhirnya mengendap menjadi satu membentuk besi spons.


23

Buku Ajar Proses Manufaktur Baja  Baja terdiri dari paduan besi, karbon dan unsur lainnya yang dibentuk melalui proses pengecoran, pencanaian atau penempaan. 

Karbon menjadi salah satu unsur terpenting karena dapat meningkatkan kekerasan dan kekuatan baja.



Baja menjadi logam yang paling banyak digunakan dalam teknik. Bisa dalam bentuk plat, lembaran, pipa, batang, profil dan sebagainya.



Berdasarkan unsur paduannya, klasifikasi baja dilakukan mengikuti SAE (Society of Automotive Engineers) dan AISI (American Iron and Steel Institute).



Secara garis besar, baja dikelompokkan sebagai berikut : 

Baja karbon : 

Baja karbon rendah (C < 0,3 %) Digunakan untuk : kawat, profil, sekrup, ulir dan baut.



Baja karbon sedang (0,3 < C < 0,7 %) Digunakan untuk : rel kereta api, as, roda gigi dan suku cadang yang berkekuatan tinggi atau dengan kekerasan sedang sampai tinggi.



Baja karbon tinggi (0,7 < C < 1,4 %) Digunakan untuk : perkakas potong seperti pisau, gurdi, tap dan bagian-bagian yang harus tahan gesekan.





Baja paduan : 

Baja paduan rendah (paduan khususnya < 8 %)



Baja paduan tinggi (paduan khususnya > 8 %)

Baja paduan meliputi

15 % dari seluruh manufaktur baja. Digunakan untuk keperluan

khusus, karena sifatnya yang unggul dibanding baja karbon.



Sifat-sifat yang dimiliki baja paduan : 

Keuletan yang tinggi tanpa pengurangan kekuatan tarik.



Kemampuan pengerasan saat dicelup dalam minyak atau udara tanpa mengalami retak.



Tahan terhadap korosi dan keausan, tergantung pada jenis keausan.



Tahan terhadap perubahan suhu, yang berarti sifat fisiknya tidak banyak berubah dengan perubahan temperatur.


24


kelebihan dalam sifat metalurgi, seperti butiran yang halus.

Ingot Baja dan Pengecoran Kontinyu  Batang kawat, plat baja, pipa atau baja propil dibuat dari ingot baja panas yang dirol, ditekan atau ditarik menjadi bentuk tertentu dan terakhir dicetak sesuai kebutuhan bentuk masing-masing. 

Susunan komposisi dan bentuk produk akhir menentukan ukuran ingot. Dikenal dua jenis cetakan ingot, yakni : 

Model A, dengan ujung bawah lebih luas memudahkan pengeluaran ingot dari cetakan. Tetapi terdapat kerugian berupa cacat akibat penyusutan (pipe) sewaktu pendinginan tinggi. Laju pendinginan sangat menentukan mutu ingot.



Model B, dilengkapi dengan wadah penambah logam cair, berupa sambungan dari batu tahan api, yang akan menjaga logam tetap cair selama proses pembekuan. Dengan demikian akan dapat mengatasi kerugian akibat terbentuknya pipe dalam ingot.



Struktur ingot yang berbeda dapat diperoleh dengan meniadakan atau mengendalikan terbentuknya gas selama proses pembekuan. Ada beberapa jenis baja dengan struktur ingot berbeda : 

Baja killed (tenang), merupakan baja yang telah mengalami deoksidasi dan selama pembekuan tidak terjadi pelepasan gas. Proses pembuatannya sangat rumit dan bahan yang digunakan berkadar karbon lebih tinggi dari yang dipersyaratkan. Bila penurunan kadar karbon akibat terjadinya reduksi sampai pada batas minimum, baja dideoksidasi di dalam dapur atau ladel dengan menambahkan besi kasar atau paduan berkadar silikon tinggi. Baja berkadar C > 0,3 % yang dihasilkan harus ditenangkan guna mendapatkan


25

Buku Ajar Proses Manufaktur ingot dengan segresi minimal dan struktur yang baik. 

Baja rimmed. Jenis ini sama sekali tidak mengalami deoksidasi. Sewaktu dituang, terjadi pelepasan gas karbon monoksida, akibatnya logam cair tampak seolah-olah mendidih. Struktur yang terjadi disebut struktur sarang tawon (honey comb). Renik-renik atau pori tidak berakibat buruk asalkan tidak bersentuhan dengan udara luar dan dapat tertutup akibat tekanan pada proses pengerjaan panas. Ingot yang dihasilkan mempunyai permukaan mulus, karena kecil kemungkinannya untuk pembentukan rongga/pipe.



Selain melalui proses pembentukan ingot, juga terdapat proses pengolahan baja secara kontinyu. Disini pembekuan dimulai saat baja mendingin pada waktu melalui cetakan, jadi logam cair lansung dibentuk menjadi slab dalam waktu 45 menit saja. Dibanding waktu 12 jam yang diperlukan pada proses pembentukan ingot.



Dikenal ada lima jenis tanur dapur : Tanur terbuka, tanur busur listrik, dapur induksi, dapur oksigen basa dan dapur kowi untuk mengecor baja.



Karena suhu tuang baja cair berkisar antara 1590 – 1760 o C maka diperlukan bahan tahan api dan pasir yang tahan temperatur tinggi.



Cetakan yang digunakan untuk benda cor sedang dan besar biasanya dipanaskan atau dikeringkan terlebih dahulu untuk mencegah pelepasan gas dalam cetakan. Khusus pada cetakan cor baja diperlukan saluran penambah yang agak besar untuk kompensasi penyusutan yang cukup tinggi.

Besi Cor  Terbuat dari paduan besi – karbon – silikon dengan unsur tambahan lainnya. Program Studi Teknik Industri UWP

26


Tingginya kadar karbon menyebabkan besi cor bersifat rapuh dan tidak dapat ditempa. Unsur-unsur paduan yang dimasukan ke dalamnya seperti : karbon, silicon, mangan, fosfor dan belerang akan berpengaruh besar pada pembentukan sifat fisik/mekaniknya.



Ada beberapa jenis besi cor : 

Besi kasar, dihasilkan dari tanur tinggi. Tidak cocok untuk benda coran, sehingga perlu dilebur kembali dalam dapur kupola atau dapur jenis lain.



Besi cor kelabu, sesuai dengan patahannya yang berwarna keabu-abuan, karena kandungan karbonnya membentuk serpihan grafit. Grafit ini ternyata memberikan kekuatan kepada besi cor. Semakin halus dan merata serpihnya, semakin kuat logamnya. Kekuatan tarik besi cor kelabu bervariasi antara 140 – 415 Mpa akan tetapi keuletannya sangat rendah.



Besi cor putih, memiliki bidang perpatahan yang berwarna putih. Karbon yang dikandungnya terikat sebagai karbida Fe3 C yang bersifat keras. Sehingga besi cor yang banyak mengandung karbida sulit untuk dimesin.

Besi Cor Berintik (mottled)  Namanya sesuai dengan permukaan perpatahannya. 

Merupakan produk antara besi cor kelabu dan besi cor putih yang diperoleh dengan cara mendinginkan permukaan secara cepat (chilled).



Memiliki sifat permukaan yang tahan aus dan diterapkan pada pembuatan roda kereta api, rol penggerus dan plat penghacur batu.

Besi Cor Mampu Tempa  Dibuat dari besi cor putih dengan komposisi : karbon (1,75 – 2,3 %); silicon (0,85 – 1,2 %); mangan (< 0,4 %); fosfor (< 0,2 %); belerang (< 0,12 % ) dan besi (sisanya). Berdasarkan ASTM spec. A 47 – 33, Grade 35018. 

Pengolahannya dapat menggunakan dapur kupola, tanur udara atau dapur listrik. Kadangkadang digunakan dua dapur secara berdampingan, kupola dan tanur udara yang dikenal dengan proses duplexs. Dengan cara ini logam cair dapat dituang secara terus menerus, selain itu suhu penuangan dan komposisi logam dapat dikendalikan dengan baik.



Besi cor ini mempunyai kekuatan tarik sebesar 380 MPa dengan perpanjangan 18 %. Benda cornya memiliki daya tahan terhadap beban kejut dan mudah untuk dimesin, banyak digunakan dalam industri perkeretaapian, kendaraan bermotor, sambungan pipa dan industri pertanian.


27

Buku Ajar Proses Manufaktur Besi cor nodular  Merupakan jenis besi cor mampu tempa yang kuat dan ulet. Kandungan karbonnya berbentuk nodul grafit yang diperoleh dengan menambahkan bahan yang mengandung magnesium seperti nikel – magnesium atau magnesium tembaga – ferrosilicon dalam besi cor kelabu cair. 

Besi cor nodular umumnya digunakan dalam kondisi tuang (as-cast). Untuk meningkatkan sifat tertentu dari benda cornya, dapat dilakukan dengan meng-anilnya sebentar.



Dengan mutu yang jauh lebih baik, bahan ini banyak digunakan untuk membuat poros engkol dan berbagai suku cadang mesin lainnya.

Pengaruh Unsur Kimia Dalam Besi Cor Karbon 

Besi yang mengandung kadar karbon > 2 % adalah besi cor dan besi cor kelabu (3 – 4 %). Kadar karbon ini tergantung dari jenis besi kasarnya, besi bekas dan yang diserap dari kokas selama proses peleburan.



Sifat fisis logam selain tergantung pada kadar karbon, juga ditentukan oleh bentuk karbon (grafit)nya. Morfologi grafit tergantung dari laju pendinginan dan kadar silikon.



Kadar silikon yang tinggi memperbesar kemungkinan pembentukan grafit. Grafit meningkatkan kemampuan pemesinan. Kekuatan dan kekerasan besi meningkat dengan bertambahnya kadar karbon.

Silikon 

Kandungan kadar silikon sampai 3,25 % bersifat menurunkan kekerasan besi. Sebaliknya kelebihan silikon diatas 3,25 % akan membentuk ikatan yang keras dengan besi, sehingga meningkatkan kekerasan besi. Kadar silikon menentukan berapa bagian dari karbon terikat dengan besi dan berapa bagian membentuk grafit (karbon bebas) setelah tercapai keadaan setimbang.



Pada benda coran yang kecil dianjurkan menggunakan kadar silicon yang tinggi dan yang besar dengan kadar yang lebih rendah.



Untuk memperoleh paduan yang tahan asam dan tahan korosi, sebaiknya diberi kadar silicon 13 – 17 %. Besi tuang kelabu berkadar silicon rendah mudah untuk perlakuan panas.



Siliko yang mungkin hilang selama proses peleburan berkisar 10 %.


28

Buku Ajar Proses Manufaktur Mangan 

Mangan merupakan unsur deoksidasi, pemurni sekaligus meningkatkan fluiditas, kekuatan dan kekerasan besi. Bila kadarnya ditingkatkan, kemungkinan terbentuknya ikatan kompleks dengan karbon meningkat dan kekerasan besi cor akan naik.



Jumlah mangan yang hilang selama proses peleburan berkisar antara 10–20 %.

Belerang 

Belerang sangat merugikan, karena menyebabkan terjadinya lubang-lubang (blow holes) akibat membentuk ikatan dengan karbon dan menurunkan fluiditas sehingga mengurangi kemampuan tuang besi cor. Jadi, selama proses peleburan selalu diusahakan untuk mengikatnya, antara lain dengan menambahkan ferromangan.



Setiap kali melebur besi cor, kadar belerang akan meningkat sebesar 0,03 % yang berasal dari bahan bakar.

Fosfor 

Fosfor dapat meningkatkan fluiditas logam cair dan menurunkan titik cair. Karenanya diberikan fosfor sampai 1 % dalam benda cor yang kecil dan yang memiliki bagian-bagian yang tipis.



Saat peleburan umum terjadi peningkatan kadar fosfor sampai 0,02 %. Untuk mengendalikannya perlu dipilih grade besi bekas yang tepat.


29

Buku Ajar Proses Manufaktur BAB 4 PELEBURAN LOGAM 4.1. PELEBURAN LOGAM Pada umumnya logam-logam yang dihasilkan dari dalam tambang masih dalam bentuk batubatuan dan jarang sekali terdapat bebas dalam alam. Biasanya terdapat dalam keadaan terikat dengan unsur-unsur yang lain seperti : zat asam, zat arang dsb. Logam-logam tambang tsb belum dapat digunakan sebagai bahan dasar pembuatan produk jadi atau WIP. Proses awal pembentukan logam dilakukan melalui proses penuangan (pengecoran) bijih logam, sehingga logam-logam itu berbentuk benda tuangan yang disebut ingot, dimana ingotingot ini akan diolah menjadi besi kasar (pig iron) dan akan dibentuk sedemikian rupa kedalam bentuk lain yang kita kehendaki baik melalui proses pengecoran (penuangan) maupun proses lainnya seperti pengerjaan panas (hot working processes) dan pengerjaan dingin (cold working processes). Proses pengolahan logam menjadi bahan baku ini dilakukan dengan mempertimbangkan berbagai aspek kebutuhan kualitas produk akhir yang dikehendaki dimana setiap proses yang dilakukan akan berpengaruh besar terhadap sifat dan karakteristik logam tersebut. Agar dapat digunakan untuk keperluan membuat produk, maka terlebih dahulu harus : 

Penggalian logam tambang ( biji-biji besi ) dari dalam tanah yang dilakukan dengan cara diledakkan, digali, dibor dsb.



Pekerjaan pendahuluan dari biji-biji besi, misalnya bijih besi yang berbentuk batu dipecahkan/dikecilkan ukurannya, dicuci dsb dan biji-biji yang berbentuk pasir atau berbutirbutir halus dibuat sinter atau briket sebelum dimasukkan dalam dapur tinggi.



Pengolahan biji-biji besi di dalam dapur tinggi sehingga didapatkan besi kasar.



Pembuatan baja carbon (logam campuran) di dalam dapur-dapur baja seperti : convertor Thomas atau Bessemer dsb.



Pengerjaan baja carbon lebih lanjtu misalnya ; digiling, dicetak untuk dijadikan baja-baja profil, plat, pipa-pipa dsb.

Logam-logam yang dihasilkan juga tersusun atas dua atau lebih unsur-unsur lain, dimana salah satunya merupakan unsur logam, sehingga dinamakanlah logam campur dan campuran zat-zat lainnya.


30

Buku Ajar Proses Manufaktur Logam campur harus memenuhi sifat-sifat yang khusus misalnya : 

kuat,



keras dan liat,



tahan terhadap temperatur tinggi,



tahan korosi,



mudah didapat dan murah



mempunyai tahanan listrik yang baik dsb.

Dalam dunia teknik terdapat beberapa jenis logam campur yang terpenting yaitu : 

Logam campur dengan induk logam besi, misalnya : baja, chrom, besi tuang.



Logam campur dengan induk logam Aluminium



Logam campur dengan induk logam tembaga dan seng



Logam campur dengan induk logam timbal

Besi (Iron) merupakan suatu metal rekayasa dasar yang sangat penting. Iron didapatkan dari molekul bahan mineral bijih besi (ores). Metalic iron atau steel metal dimanufaktur dari bahan mineral ini dan telah berperan sangat luas di bidang pengembangan peradaban manusia. Pig iron / besi kasar pertama-tama dimanufaktur pada proses konversi dari bijih besi menjadi metal yang banyak dimanfaatkan dalam kebutuhan sehari-hari dan dimanufaktur dengan menggunakan blast furnace (lihat gambar 4.1.) Pada umumnya bijih besi dikelompokkan dalam 3 type bijih besi yaitu : 1. Oxide : a) Magnetic Ores, komposisinya terdiri atas mineral Magnetic (Fe3O4) dimana Magnetic berwarna coklat dengan kadar bijih besi yang tinggi yakni diatas 56% b) Haematite Ores, komposisinya terdiri atas mineral Haematite (Fe2O3) dimana Magnetic berwarna kuning kemerahan dengan kadar bijih besi 40 hingga 65 % 2. Hydrate Ores berisi limotite (2Fe2O3.3H2O) dan Geothite(Fe2O3.3H2O) dengan kadar besi 20 hinga 55 % 3. Karbonates, berisi mineral Siderite (FeCO3 dengan kadar besi 30 %. Bijih besi diproses didalam dapur tinggi (blast furnace) menjadi besi kasar (pig iron) yang keluar berbentuk besi tuang untuk diperhalus menjadi besi kasar (wrought iron) selanjutnya menjadi Program Studi Teknik Industri UWP

31

Buku Ajar Proses Manufaktur baja yang kemudian menjadi besi tuang (cast irons) dengan karakteristik yang lebih spesifik. Untuk membuat besi tuang atau baja tuang, maka bahan tsb harus diolah dalam dapur peleburan. Dapur peleburan (Furnace) ada 5 macam yaitu : 









Peleburan dengan menggunakan bahan bakar padat yaitu : 

Dapur tinggi



Dapur kupola

Peleburan dengan menggunakan bahan bakar cair/gas yaitu : 

Crubicle furnace



Open heart furnace



Rotary furnace

Peleburan dengan menggunakan elektroda (arc furnace) yaitu : 

Direct arc furnace



Indirect arc furnace

Peleburan denga resistance furnace yaitu : 

Resistane furnace



Rod-resistance furnace

Converter furnace


32

Buku Ajar Proses Manufaktur 4.1.1. Dapur Tinggi/Blast Furnace

Gambar 4.1. Dapur tingi Pada umumnya dapur tinggi diigunakan untuk mengolah logam-logam tambang (bijih-bijih besi), kokas, batu kapur untuk dijadikan besi kasar. Besi kasar yang dihasilkan ini masih perlu diolah kembali di dapur-dapur baja untuk dijadikan baja atau baja tuang. Dalam pembuatan besi kasar, dapur tinggi memerlukan 100 ton biji besi tiap jam, kira-kira 3,5 ton udara panas setiap ton bijih-bijih besi, antara 0,6 – 0,9 ton kokas setiap ton bijih besi dan dapat menampung bahan-bahan 10.000 ton per dapur tinggi. Bahan-bahan yang diperlukan dalam proses dapur tinggi adalah : 

bijih-bijih besi : merupakan bahan pokok dari dapur tinggi



batu kapur : digunakan untuk mengikat bahan-bahan yang ikut campur dalam cairan besi untuk menjadi terak. Dengan adanya terak yang terletak dipermukaan besi ini, oksidasi oleh udara dapat dihindari. Sebagai bahan tambahan biasanya digunakan batu kapur murni, kadang pula dolomite.



Bahan bakar : kokas, arang kayu, antrasit.



Udara panas : digunakan untuk pembakaran dengan bahan bakar menjadi CO2 dan gas CO


33

Buku Ajar Proses Manufaktur guna menimbulkan panas, juga untuk mereduksi bijih-bijih besi. Udara panas dihembuskan dengan maksud agar pembakaran sempurna, hingga kebutuhan kokas berkurang. Pemanasan udara dilakukan pada dapur pemanas coeper.

Gambar 4.2. Blast furnace Blast furnace merupakan dapur pengecoran logam yang terdiri dari struktur baja, berbentuk melingkar/silinder yang mengecil, dengan ketinggian berkisar 30 s/d 40 meter, dilapisi dengan batu tahan api/refractory brick, diameter ± 10 meter. Cairan pig iron dituang setiap 4 s/d 6 jam, dengan kapasitas 1000 s/d 4000 ton per hari. Cara Kerja Dapur Tinggi : 

Bahan bakar, bijih besi dan bahan tambahan dimasukkan secara teratur berlapis-lapis.



Udara panas dimasukkan dari daputr cowper dengan kecepatan 100m/dt, maka udara panas mengadakan pembakaran (CO2 dan pembentukan CO) sebagai gas untuk mereduksi bijih-bijih besi dengan temperature ± 9000oC.



Muatan yang turun ertama kali melepas air, kemudian hidrat arang dan terjadi pengikatan kimiawi pada waktu reduksi pertama oleh CO pada suhu ± 400oC.



Bijih besi turun terus supaya arang/kokas yang pijar berwarna putih menerima zat arang dan membentuk karbonat-karbonat seperti batu kapur dan dolomite, baru kehilangan CO2 pada suhu 700oC.-800oC., maka teraknya terbentuk bersama-sama dengan reduksi sempurna dari besi.

Batu tambang/batu kapur CaCO/CaCO3 dinamakan dolomit, untuk :


34


Mengikat kotoran



Melindungi besi/cairan besi dan oksidasi

Hasil olahan dapur tinggi adalah : 

Besi kasar / pig iron



terak



Gas dan debu

4.1.2. Dapur Kupola

Gambar 4.4. Dapur Kupola 1

Gambar 4.5. Dapur Kupola 2


35

Buku Ajar Proses Manufaktur Keterangan gambar : Daerah panas mula

: mulai dari saluran isi sampai logam, mulai cair dimana ada perlakuan pemana pendahuluan.

Daerah lebur

: daerah logam mulai mencair

Daerah panas lanjut

: merupakan pemanas lanjut darilogam cair

Daerah oxydasi

: di sini kokas dioxydasi oleh udara yang di tiupkan melalui tuyeres

Daerah reduksi

: gas CO2 di daerah oxydasi direduksi oleh kokas.

Daerah lain terisi 45% logam cair, yang lainnya adalah kokas. Dapur kupola termasuk dapur pengolahan baja, dimana dapur ini digunakan untuk mengolah basi kasar kelabu/besi rongsokan/besi bekas menjadi baja. Proses kerja dapur kupola : 

Saat akan digunakan , terlebih dahulu diadakan pemanasan pendahuluan agar dapur dalam keadaan kering (tidak mengandung uap air). Pemanasan pendahuluan ini dilakukan dengan pembakaran arang kayu dan kokas di dalam dapur selama ± 15 jam sampai pemanasan pendahuluan berlangsung dengan sempurna (bahan bakar telah terbakar habis).



Selanjutnya dilakukan penambahan kokas dan udara dari blower yang dihembuskan dengan kecepatan rendah. Pemasukan kokas ditambah terus sampai mencapai setinggi 7-8 m . dari dasae tungku



Setelah bahan bakar kokas terbakar habis kemudian dimasukkan kepingan-kepingan baja dan besi kasar, dimana berat bahan-bahan yang dimasukkan antara 10%-15% dari output/jam (± 7-10 ton/jam). Sewaktu proses berlangsung sebagian dari baja/besi telah ada yang cair, maka setiap 15 menit baja/besi cair dikeluarkan dari lubang pengeluaran cairan baja yang ditampung oleh panci-panci penampung.



Untuk pembentukan terak di dalam dapur, ditambahkan CaCO3 pada pemasukan pertama dan karena temperature dapur, maka akan terjadi penguraian CaCO3 sb : CaCO3 → CaO + CO2, dan CO2 yang dihasilkan akibat penguraian CaCO3 akan terbakar/bereaksi dengan kokas sbb : CO2+ C → 2CO – 41,09 kkal Gas CO yang dihasilkan dikeluarkan melalui cerobong sebagi gas asap dengan temperature ± 300oC dan panasnya dapat dimanfaatkan untuk tenaga mesin-mesin yang lain.


36


Setelah terjadi reaksi antara silica dan batu kapur kemudian dimasukkan besi kasar dan kokas baru sekitar 8%-12% dari pengisian ke dalam dapur. Apabila kokas baru telah terbakar, dimasukkan udara dari blower yang akan menimbulkan reaksi antara zat arang dengan oxygen sbb : C + O2 → CO2, + 94,22 kcal/mol Akibat reaksi tersebut, terjadi pengurangan temperatur di dalam dapur tetapi karena gas CO yang terjadi mempunyai temperature 300oC – 400oC maka temperature yang turun hanya sedikit, sehingga masih cukup untuk melebur besi dan membentuk terak.



Setelah proses di dalam dapur, maka terak di atas cairan dikeluarkan dari dalam dapur dan kemudian dikeluarkanlah baja cair yang ditampung oleh panci-panci untuk dibawa ke tempat penuangan besi atau baja.



ROTARY FURNACE

Gambar 3.5. Rotary Furnace Keterangan gambar : Dindingnya

: terdiri dari batu tahan api sedangkan bagian luarnya terbuat dari baja.

Roda gigi

: untuk memutar dapur Posisi dapur tidur dan diputar oleh roda gigi sehingga logam cair dapat bercampur.

Proses peleburan : 

Bahan dimasukkan 1/3 dari volume dapur



Brader dinyalakan, kemudian dapur diputar perlahan-lahan. Gas dari brader akan


37

Buku Ajar Proses Manufaktur mencairkan logam.  

Setelah logam mencair, maka logam dikeluarkan. CRUCIBLE FURNACE

Gambar 4.6. Crucible Furnace Keterangan gambar : Vent/pintu Refraktory

: fungsinya sebagai laluan gas luar : fungsinya mengarahkan dan merupakan batas untuk gas panas supaya terarah pada crusibel/ cairan tuang yang dipanaskan. Terdiri dari plat baja dan batu tahan api.

Lid

: fungsinya untuk menahan gas panas supaya tidak mudah keluar bisa dibuka dan ditutup juga sebagai bahan baku.

Brender

: untuk timbulknya api yang menghasilkan gas panas.

Crusibel furnace adalah dapur tertua yang digunakan untuk melebur baja, terbuat dari campuran grafit dan tanah liat, mudah pecah dalam keadaan biasa, akan tetapi memiliki kekuatan yang cukup berarti dalam keadaan panas. Dapat dipanaskan dengan kokas, minyak/gas alam. Baja karbon rendah, baja bekas, arang kayu dan paduan fero digunakan untuk membuat baja. Crucible furnace termasuk dapur yang terbalik untuk untuk memproses/membuat baja dibandingkan dengan dapur-dapur baja yang lainnya. Proses di dalam dapur ini terjadi didalam ruangan tertutup, sehingga alat-alat perlengkapannya dan proses pembuatan baja di dalam dapur ini termasuk sangat mahal dan oleh karena itu dapur ini hanya digunkan untuk membuat atau mengerjakan baja-baja istimewa atau kores.


38

Buku Ajar Proses Manufaktur Proses kerja : 

Pertama-tama cawan ini diisi baja dan besi kasar, kemudian cawan ditutup dengan merapatkan tutup dapur cawan dengan dempul tanah liat.



Setelah itu cawan diletakkan dalam dapur api. Di dalam dapur api dimasukkan gas-gas panas sekeliling cawan sehingga cawan-cawan di dalam dapur api menjadi panas dan mencairkan baja/besi yang berada di dalam cawan dan mereaksikan unsur-unsur yang terdapat di dalam baja/besi.



Setelah proses selesai, maka cairan baja dikeluarkan dari dalam cawan dan dibawa ke cetakan penuangan baja untuk dijadikan baja-baja kroes atau baja-baja istimewa.



Baja-baja yang dikerjakan dalam dapur cawan adalah baja-baja istimewa karena bisa didapatkan baja-baja yang sangat murni dengan campuran yang homogen. Untuk logamlogam yang sangat sulit dicampur secara merata sangat baik mengerjakannya dengan dapur cawan karena campuran seperti Si,Mn ,Ni,Cr tidak akan berubah ( tetapi kadar arangnya akan berubah)

Baja-baja dari cawan ini akan dipakai untuk perkakas tempa, pahat-pahat, pegas-pegas, bajabaja perkakas, paku keling, pesawat-pesawat pengengkat, kabel-kabel, dsb. Tetapi karena harganya yang sangat tinggi, maka baja-baja cawan ini terdesak oleh baja-baja listrik. 

OPEN HEARTH FURNACE

Gambar 4.7. Open Herth Furnace Dapur ini digunakan untuk membuat baja, dan untuk menaikkan efisiensi panas, maka dapur ini


39

Buku Ajar Proses Manufaktur dilengkapi dengan regenarasi panas / cheker work menurut sistem Siemen Martin. Besi/baja rongsokan makin lama makin banyak di dunia, untuk mengolah besi/baja rongsokan ini diperlukan suatu dapur yang mempunyai temperature yang sangat tinggi yaitu ± 3000oC karena diketahui bahwa besi/baja akan cair pada ± 1800oC. Untuk mengolah besi/baja rongsokan yang memerlukan suhu yang sangat tinggi, pada tahu 1865, seorang bangsa Perancir bernama Pierra Martin membuat dapur yang menggunakan sistem regenerator (dinamakan dapur Siemen Martin) Bahan untuk dapur Siemen Martin ini adalah : 

bahan bakar, harus mempunyai kalori yang tinggi dan sedikit mengandung belerang.



Bahan baku, berupa besi kasar dingin/besi kasar cair, besi bekas/rongsokan dan bijih-bijih besi. Adapun campuran bahan-bahan baku ini adalah : besi kasar/pig iron, steel scrap, ore feeding, udara dan bahan bakar.

Proses pembuatan : 

Peleburan (melting) Karena charge yang digunakan umumnya barupa campuran dari pig iron dan steel scrap maka terlebih dahulu dilakukan pencairan seluruhnya. Setelah seluruh logam cair, maka suhu di atur tidak terlalu tinggi karena refining akan terlambat.



Ore feeding Biji hematite (Fe2O3) ditambahkan untuk meninggikkan kadar O2 dalam molten metal sehingga kontak antara C dan O2 lebih cepat. Fe2O3 yang dimasukkan akan masuk pada interface (molten metal slag) kontak dengan Fe cair sehingga terjadi reaksi den terbentuk FeO. FeO ini akan masuk ke dalam molten metal dan bertemu dengan carbon yang bebas sehingga terjadi reaksi dan terbentuk Fe dan CO. Gas CO akan naik dan menyebabkan gaya pengadukan terhadap molten metal atau carbon boiling.



Pembentukan slag/terak. Ketika proses peleburan telah dimulai dan aksida terhadap Si, Mn, C dengan penambahan flux maka terbentuk slag. Karena slag ini merupakan penghambat panas, maka slag yang terbentuk sebaiknya tipis/sedikit sehingga suhu antara slag dan logam cair tidak terlalu kasar dan tidak terjadi perbedaan Yng besar.



Alloying Baja yang dimanufaktur hanya mempunyai komp[osisi tertentu, hal ini diatur dengan


40

Buku Ajar Proses Manufaktur penembahan paduan. 

DIRECT ARC FURNACE

Gambar 4.8. Direct Arc Furnace Pada dapur ini busur cahaya terjadi antara elektroda dengan cairan dan dari cairan ke elektroda lainnya. Dalam pelaksanaannya dapur ini mempunyai 2 prinsip yaitu : 

Elektroda berada di atas cairan. Prinsip dapur yang menggunakan elektroda barada di atas cairan dilakukan oleh dapur Heroult dimana busur cahaya terjadi antara elektroda yang satu ke cairan dan dari mcairan akan terjadi busur cahaya lagi dengan elektroda yang lainnya.



Elektroda berada di bawah dan di atas cairan. Prinsip dapur yang mempergunakan elektroda di atas dan di bawah cairan dilakukan olek dapur Girod, dimana busur cahaya terjadi diantara elektroda yang di atas ke cairan dan dari cairan akan terjadi busur cahaya lagi dengan elektroda yang dibawah.

Pada dapur listrik busur cahaya langsung, ruang dapur dilapisi dengan batu tahan api jenis basa atau asam. Dapur berlapis batu tahan api asam, beralaskan serbuk genister dan berdinding bata silica, digunakan untuk membuat baja karbon rendah dan baja paduan rendah. Bahan bakunya, besi bekas, harus mempunyai kadar fosfor dan belerang n yang rendah. Dapur berlapis batu tahan api basa, beralaskan magnesit, berdinding magnesia dan batu alumina, digunakan untuk membuat berbagai jenis baja atau baja paduan. Dapur basa, yang banyak digunakan dapat mengontrol kadar fosfor dengan baik, disamping itu mengurangi belerang, dan pengendalian suhu serta komposisi sangat baik. Secara berkala komposisi logam cair ditentukan dan bila perlu ditambahkan unsur paduan tertentu sehingga sewaktu logam cair Program Studi Teknik Industri UWP

41

Buku Ajar Proses Manufaktur dituangkan, komposisi baja akan memenuhi persyaratan. Proses kerja dapur elektroda : Pada dasarnya dapur ini elektroda bekerja sebagai pembangkit api dan cairan sebagai tahanan. Untuk mengadakan reduksi digunakan arang kayu dan reduksi yang terjadi adalah reduksi langsung. Reduksi dilakukan oleh gas yang terdiri dari 70% CO dan 30% CO2 dan didalam tungku gas akan CO2 terurai oleh C dari elektroda. Kebutuhan gas panas dalam dapur ini tidak terlalu banyak karena api dihasilkan oleh elektroda dan reduksi tidak langsung CO tidak banyak terjadi, sehingga tempat yang panas di dalam dapur terbatas di sekitar tungku (hard). Gas CO yang dihasilkan akan naik ke atas dan mengadakan reduksi pada bahan-bahan mentah seperti baja/besi cair atau dingin, baja rongsokan dsb. Pada dapur ini untuk memproses 1 ton bahan-bahan mentah diperlukan 350 Kg arang kayu dan 5-9 Kg elektroda arang. Kapasitas dapur ini 20 – 70 ton dengan daya 2300 kw 

INDIRECT ARC FURNACE

Gambar 4.9. Indirect arc furnace Pada dapur listrik busur cahaya tak langsung, busur dipancarka dari dua elektroda yang terdapat di atas logam. Logam menjadi panas akibat radiasi. Jenis ini sudah jarang depergunakan karena kurang ekonomis. Jenis dapur ini ada 2 macam yaitu : 

Dapur Stessano yang mempergunakan 2 atau 3 elektroda yang disusun mendatar.



Dapur Renefelt yang mempergunakan 3 buah elektroda, dimana 2 buah elektroda disusun mendatar dan sebuah elektroda disusun tegak lurus dan dapur ini mempergunakan arus yang berputar.


42


Kedua jenis dapur ini tidak dipergunakan untuk pembuatan baja disebabkan karena : 

Temperatura yang dihasillkan tidak merata dalam muatan, dimana yang di bawah busur cahaya lebih tinggi temperaturenya daripada tempat yang lainnya.



Kesukaran karena elektrodanya panas, bahaya melengkung karena berat elektroda dan lapisan dapur.

Dapur ini hanya digunakan untuk mengerjakan logam non ferro dan besi tuang.

Daftar Pustaka : 

A.Schey.John, Proses Manufaktur : Introduction to Manufacturing Process 3rd edition, 2009, Mc.Graw-Hill.Co.



Al-Rasyid.Soepardi.Haroen, Pengetahuan Dasar Pengecoran Logam Besi, 2005, Bandung.



Surdia.Tata, Teknik Pengecoran Logam, 2002,Pradnya Paramita,Jakarta



Surjana.Hardi,Teknik Pengecoran Logam,2008,Depdiknas

4.2 Logam Bukan Besi 

Hampir 20 % dari logam yang diolah menjadi produk industri, adalah bukan besi (nonferrous). Meliputi : timah putih, tembaga, nikel, alumunium.



Dalam keadaan murni logam bukan besi memiliki sifat yang sangat baik. Namun dalam hal kekuatan, harus ditingkatkan. Umumnya dengan cara mencampurkan logam lain padanya, membentuk paduan.



Pemilihan paduan tentunya tergantung dari banyak hal : kekuatan, kemudahan dalam pemberian bentuk, berat jenis, harga bahan baku, upah pembuatan dan penampilan.



Ciri yang dimilikinya : 

Daya tahan terhadap korosi (air atau kelembaban). Makin berat suatu logam bukan besi makin baik daya tahan korosinya. Kecuali alumunium, karena pada permukaannya terbentuk suatu lapisan oksida yang melindungi nya dari korosi lanjutan.



Daya hantar listrik yang lebih baik dibanding besi. Daya hantar listrik tembaga : 5,3 kali dan alumunium 3,2 kali daya hantar listrik besi.


43


Mudah saat diubah bentuknya, karena lebih lunak. Kecuali titanium dan nikel sulit dipotong.



Umumnya sulit dilas.

Peleburan Logam bukan besi di alam bebas tidak ada yang murni, melainkan terikat sebagai oksida dengan kotoran-kotoran membentuk bijih. Pengolahannya mengikuti beberapa tahap : 

Tahap penghalusan mineral.



Tahap pencucian



Tahap pemisahan antara logam dengan kotoran



Tahap peleburan.

Dapur Peleburan Pada dapur tinggi, bahan bakar kokas dicampur dengan bijih, kemudian dihembuskan udara untuk mempercepat proses pembakaran. Kemudian dicampurkan fluks untuk memperoleh logam yang lebih murni dan untuk mengurangi viskositas terak. Pembuatan Alumunium  Bauksit merupakan salah satu sumber alumunium yang ekonomis. 

Cara penambangannya terbuka, dimana bauksit yang didapat dihaluskan, dicuci dan dikeringkan. Setelah itu bauksit mengalami pemurnian menjadi oksida alumunium atau alumina.



Proses Bayer, dikembangkan oleh Karl Yosef Bayer, seorang ahli kimia bangsa Jerman. Proses ini biasanya digunakan untuk memperoleh alumunium murni. Bauksit halus yang kering dimasukan ke dalam pencampur, diolah dengan soda api (NaOH) di bawah pengaruh tekanan dan pada suhu diatas titik didih. NaOH bereaksi dengan bauksit menghasilkan aluminat natrium yang larut. Setelah proses selesai, tekanan dikurangi dan ampas yang terdiri dari oksida besi yang tak larut, silicon, titanium dan kotoran-kotoran lainnya ditekan melalui suatu saringan dan dikesampingkan. Cairan yang mengandung alumina dalam bentuk aluminat natrium dipompa ke dalam tangki pengendap.



Ke dalam tangki tersebut, dibubuhkan kristal hidroksida alumunium halus sebagai media inti kristalisasi. Hidroksida alumunium yang terkumpul kemudian disaring dan dipanaskan sampai suhu diatas 980 0 C. Alumina berubah dan siap untuk dilebur.



Logam alumunium dihasilkan melalui proses elektrolisa, dimana alumina terurai menjadi oksigen dan alumunium. Prosesnya, alumina murni dilarutkan ke dalam criolit cair (natrium


44

Buku Ajar Proses Manufaktur aluminium fluorida) di dalam dapur elektrolitik yang besar. Arus listrik dialirkan ke dalam campuran melewati elektroda karbon dan selanjutnya logam aluminium diendapkan pada katoda karbon di dasar sel. Panas yang dihasilkan arus listrik, memanasi isi sel sehingga terjaga tetap cair. Dengan demikian alumina dapat ditambahkan terus menerus (proses kontinyu). Pada saat-saat tertentu aluminium disadap dari sel dan logam cair tersebut dipindahkan ke dapur penampungan untuk dimurnikan atau untuk keperluan paduan. Terakhir baru dituangkan ke dalam ingot untuk diolah lebih lanjut.

Pembuatan Magnesium



Magnesium berasal dari air laut. Prosesnya : Air laut yang mengandung 1300/sejuta bagian magnesium, direaksikan dengan kapur yang berasal dari hasil pembakaran kulit kerang pada 1320

o

C. Kapur dan air laut akan bereaksi menghasilkan endapan Mg (OH)2. Endapan

kental ini mengandung 12 % Mg (OH)2. 

Endapan kental ini kemudian disaring sehingga bertambah pekat, lalu direaksikan dengan


45

Buku Ajar Proses Manufaktur HCl membentuk Mg Cl2. Setelah melalui tahapan filtrasi dan pengeringan, konsentrasi Mg Cl2 meningkat menjadi 68 % dengan bentuk butiran. Terakhir dipindah ke dalam sel elektrolisa yang berukuran 100 m3 dan beroperasi pada suhu 700

0

C. Elektroda grafit

sebagai anoda dan potnya sendiri merupakan katoda. Arus searah 60.000 Amp. menguraikan Mg Cl2 menjadi logam magnesium yang akan terapung diatas larutan dan gas klorida (HCl) sebagai rendemen yang akan diumpan kembali ke proses. Setiap pot dapat menghasilkan 550 kg logam Mg per hari dalam bentuk ingot. Pembuatan Tembaga



Tembaga diperoleh dari bijih tembaga yang disebut chalcopirit.



Chalcopirit merupakan campuran Cu2 S dan Cu Fe S2 yang terdapat dalam tambang-


46

Buku Ajar Proses Manufaktur tambang di bawah permukaan tanah. 

Prosesnya : bijih-bijih tembaga digiling dan dicampur dengan batu kapur dan bahan fluks silika. Tepung bijih dipekatkan terlebih dahulu, sesudah itu dipanggang sehingga terbentuk campuran Fe S, Fe O, Si O2 dan Cu S. Campuran yang disebut Kalsin ini dilebur dengan batu kapur sebagai fluks, dalam dapur reverberatory. Besi yang ada larut dalam terak, sedangkan paduan tembaga – besi atau matte yang tertinggal dituangkan ke dalam konventer.

Pembuatan Timah Hitam



Pengolahannya dari bijih merupakan proses yang kompleks. Konsentrat timah hitam yang


47

Buku Ajar Proses Manufaktur mengandung 65 – 80 % Pb harus dipanggang terlebih dahulu untuk menghilangkan sulfidasulfida. Batu kapur, pasir, terak dan bijih besi dicampur dengan konsentrat timah sebelum proses sinter. Oksida sulfur yang menguap akibat sinter, ditampung untuk diolah menjadi H2 SO4. Bahan yang disinter dimasukkan kedalam tanur tinggi dengan bahan bakar kokas. Gas dan debu yang masih mengandung klorida kadmium diolah tersendiri menjadi kadmium. Bullion yang terjadi di-dross. Dross tembaga yang terapung mengikat belerang sehingga memudahkan pemisahan tembaga dari dross. Campuran timah cair teroksidasi dalam dapur yang disebut dapur pelunakan. 

Terak yang dihasilkan oleh dapur pelunakan mengandung antimony dan arsen. Di dalam ketel de silverisasi ditambahkan seng pada campuran timah. Emas dan perak yang mungkin ada akan larut bersama-sama seng. Paduan seng kemudian dimasukkan ke dalam retort. Uap seng diembunkan dalam kondensor dan diperoleh seng padat. Cairan yang tersisa diolah secara elektrolisa, menghasilkan emas dan perak. Timah yang terdapat dalam ketel de silverisasi dimurnikan dengan cara menginjeksikannya dalam keadaan panas ke ruang hampa sebelum dicampur dengan soda api, seng yang ada akan menguap dan masuk ke dalam ruang kondensasi. Kotoran-kotoran dipisahkan secara kimia dalam ketel, dan terakhir timah dicor berbentuk balok-balok.

Pengecoran Bukan Besi 

Cara pengecorannya berbeda sedikit dengan pengecoran besi. Cetakan umumnya dibuat dengan cara dan alat yang sama. Pasir cetak harus lebih halus, karena benda cetaknya umumnya lebih kecil dan biasanya diinginkan permukaan yang rata. Bahannya tak perlu tahan panas yang tinggi, karena suhu pengecoran lebih rendah.



Biasanya digunakan dapur kowi dengan sumber energi panas dapat dari kokas, minyak atau gas. Peleburan dengan gas atau minyak berlansung lebih cepat.



Untuk maksud tertentu dimana diperlukan pengendalian suhu yang cermat, dapat digunakan dapur tahanan listrik, busur tak lansung atau dapur induksi.



Dapur listrik cocok untuk penelitian di laboratorium maupun untuk instalasi berkapasitas besar.


48

Buku Ajar Proses Manufaktur Paduan Mampu Bentuk (Wrought Alloys) Paduan ini merupakan paduan yang dapat dibentuk baik melalui pengerjaan dingin atau panas. Benda yang dibentuk umumnya memiliki keunggulan dalam sifat. Paduan Aluminium 

Paduan alumunium digunakan secara luas dalam dunia industri dewasa ini, karena ringan dan mampu bertahan terhadap berbagai bentuk korosi. Sebahagian besar peka terhadap perlakuan panas dan berkekuatan tinggi. Tembaga selalu menjadi salah satu unsur paduannya, dan dalam jumlah di atas 8 % akan menambah kekuatan dan kekerasan. Paduan alumunium dengan kandungan silikon, memiliki sifat cor yang baik sekali dan meningkatkan ketahanan terhadap korosi. Magnesium sebagai unsur meningkatkan sifat pemesinan, menjadikan benda cor lebih halus serta meningkatkan daya tahan korosi.



Kekuatannya berkisar antara 83 – 310 Mpa.



Melalui penambahan unsur paduan, pengerjaan panas atau dingin dan perlakuan panas, dapat diperoleh paduan dengan kekuatan melebihi 700 Mpa.



Paduan aluminium dapat ditempa, diekstrusi, dilengkungkan, direnggangkan, diputar, dispons, diembos, dibentuk sambil di rol atau ditarik menjadi kawat.



Di pasaran sudah tersedia paduan alumunium dalam bentuk kawat, foil, lembaran, plat dan profil. Semua paduan alumunium mampu bentuk dapat dimesin, dilas atau dipatri.

Paduan Tembaga  Paduan tembaga yang banyak pemakaiannya adalah kuningan dan perunggu. 

Kuningan merupakan paduan antara tembaga dan seng dengan kadar bervariasi antara 10 – 40 %. Kekuatan, kekerasan dan keuletan paduannya akan meningkat seiring dengan meningkatnya kadar seng yang dicampurkan. Bila kadar seng melampaui 40 %, terjadi penurunan kekuatan dan sewaktu dilebur seng mudah menguap. Penambahan unsur timah sebanyak 0,5 – 5 % dapat meningkatkan kemampuan pemesinan. Kuningan banyak sekali digunakan di dunia industri, karena selain kuat, penampilannya bagus, daya tahan korosi tinggi serta mudah dirol, dituang atau diekstrusi.



Perunggu adalah paduan yang terdiri dari tembaga dengan unsur tambahan mangan dan beberapa elemen lainnya. Unsur tambahan dapat meningkatkan kekerasan, kekuatan dan daya tahan korosi.



Kekuatan tarik paduan tembaga berkisar antara 200 Mpa untuk tembaga murni, sampai 1380 Mpa untuk tembaga berilium (Be < 2 %).


49


Tembaga dengan unsur paduan <5 % umumnya digunakan untuk kawat penghantar listrik atau tahanan rendah, pipa refrigeran dan pipa air.



Paduan antara tembaga – seng atau kuningan digunakan dalam alat penukar panas (heat exchangers) dan untuk suku cadang yang tahan korosi dan kuat serta memiliki keuletan tertentu.



Nikel-perak, perunggu, paduan tembaga-tin jauh lebih mahal dari kuningan, digunakan sebagai pegas, lonceng dan pada lingkungan korosif dengan kekuatan tarik tinggi.

Paduan Magnesium  Paduan magnesium berguna bila diperlukan bobot ringan, karena massanya dua-pertiga dari aluminium dan seperempat dari massa logam ferrous coran. 

Magnesium dapat membentuk paduan dengan kekuatan tinggi, kemampuan pemesinan yang baik, mudah dilas dan mudah dibentuk.



Paduan magnesium terkorosi oleh asam dan larutan garam dan tidak dapat digunakan pada suhu diatas 150 0 C, karena kekuatannya berkurang dengan naiknya suhu.



Pada suhu rendah (cryogenic temperatues) kekuatan magnesium tetap terjaga. Angka pemuaiannya tinggi oleh karena itu perlu berhati-hati dalam perhitungan konstruksi.



Magnesium lebih mahal dari aluminium atau baja dan hanya digunakan bila diperlukan konstruksi yang ringan, seperti pada pesawat terbang, alat potret, teropong, suku cadang mesin suhu rendah, peralatan yang dapat dipindahkan, penghisap debu dan untuk peralatan yang berputar pada rpm sangat tinggi dimana diperlukan nilai inersia yang rendah.



Dipasarkan dalam bentuk batang, plat dan lembaran.


50


BAB 5 PROSES PENGECORAN 



Proses pengecoran memiliki beberapa tahap pengerjaan : 

Pembuatan cetakan.



Persiapan dan peleburan logam.



Penuangan logam cair ke dalam cetakan.



Pembersihan coran.



Daur ulang pasir cetakan.

Hampir semua logam atau paduannya dapat dicor. Produk akhirnya disebut coran atau benda cor, yang memiliki berat mulai beberapa ratus gram sampai beberapa ton.



Pengecoran merupakan proses yang fleksibel dan berkemampuan tinggi. Selain itu juga menjadi proses pembuatan logam tertua yang pernah dikenal manusia, yang tertua bahkan berasal dari tahun 2000 SM (sebelum masehi).



Secara garis besar dibedakan atas : 

Proses pengecoran, disini tidak digunakan tekanan sewaktu mengisi logam ke rongga cetakan. Cetakan biasanya dibuat dari pasir dan kadang digunakan pula plaster, lempung, keramik aau bahan tahan api lainnya.



Proses pencetakan, logam cair ditekanan agar mengisi rongga cetakan yang terbuat dari logam.

PASIR Berdasarkan jenis pola yang digunakan, dikenal dua cara pengecoran cetakan pasir : 

Pola yang dapat digunakan berulang-ulang. Disini pasir, dipadatkan disekitar pola yang kemudian dicabut keluarkan. Rongga yang terbentuk di pasir, kemudian diisi logam cair.



Pola sekali pakai, terbuat dari bahan polisterin atau yang setara. Tidak dikeluarkan dari pasir cetak, tapi akan menguap dengan sendirinya saat logam cair dituangkan padanya.

PROSEDUR PEMBUATAN CETAKAN 

Berdasarkan bahan yang digunakan, cetakan diklasifikasikan menjadi : 

Cetakan pasir basah (Green sand molds). Cetakan dibuat dari pasir basah. Prosedur pembuatannya, seperti diperlihatkan pada gambar 5.2. dibawah ini.


51


Gambar 5.2. Prosedur pembuatan cetakan pasir. 

Cetakan kulit kering (Skin dried molds). Memiliki dua cara pembuatan untuk membentuk permukaan keras : 

Melalui pencampuran pasir dengan pengikat

10 mm disekitar pola.



Permukaan yang bersinggungan dengan pola disemprot atau dilapisi bahan pengeras.



Cetakan pasir kering. (Dry-sand molds) Dibuat dari pasir kasar dengan bahan pengikat dalam tempat cetakan dari logam. Cetakan ini tidak menyusut sewaktu dipanaskan dan bebas dari gelembung udara. Banyak digunakan dipengecoran baja.



Cetakan lempung (Loam molds). Digunakan pada coran yang besar berkerangka cetakan dari batu bata atau besi yang dilapisi lempung dan permukaan diperhalus serta dikeringkan agar kuat. Agak jarang digunakan karena pembuatannya memakan waktu lama.



Cetakan furan (Furan molds).


52

Buku Ajar Proses Manufaktur Menggunkan pasir resin furan dengan campuran asam fosfor pada dinding atau permukaan sebagai pengeras. 

Cetakan CO2. Diterapkan pada bentuk cetakan yang rumit dengan cara mengalirkan CO2 melalui campuran padat pasir dan natrium silikat agar mengeras dan menghasilkan permukaan yang licin.



Cetakan logam. Terutama digunakan pada proses cetak tekan (die casting) logam dengan suhu cair rendah untuk menghasilkan bentuk yang tepat dan permukaan licin. Sehingga dapat mengurangi pengerjaan pemesinan.



Cetakan khusus. Dapat dibuat dari plastik, kertas, kayu, semen, plaster atau karet.



Proses pembuatan cetakan dipabrik-pabrik pengecoran dapat dikelompokkan sebagai berikut : 

Pembuatan cetakan di meja. (Bench molding) Untuk pembuatan coran yang kecil.



Pembuatan cetakan di lantai. (Floor molding) Untuk pembuatan benda cor yang berukuran sedang sampai besar.



Pembuatan cetakan sumuran. (Pit molding) Untuk pembuatan coran yang berukuran sangat besar. Sumuran merupakan drag dengan kup yang dibuat di atasnya. Sisi-sisinya diperkuat dengan lapisan batu bata dan alas dari lapisan sinter yang tebal dilengkapi pipa-pipa pelepas gas ke lantai pabrik. Jenis ini tahan terhadap tekanan tinggi akibat gas panas.



Pembuatan cetakan dengan mesin. (machine molding) Kini, sebagian besar pekerjaan yang tadinya masih dilakukan dengan tangan, telah digantikan oleh mesin, seperti : memadatkan pasir, membalikkan cetakan dan membuat saluran masuk Jauh lebih efisien dari cara terdahulu.

Pembuatan Cetakan Sebagai ilustrasi, diberikan pada gambar pengecoran roda gigi diatas (gambar 5.2). Cetakan dibuat dalam rangka cetak (flask) yang terdiri dari tiga bagian. Bagian atas disebut kup, bagian bawah disebut drag dan sebagai landasannya adalah papan cetak. Ketiganya Program Studi Teknik Industri UWP

53

Buku Ajar Proses Manufaktur disatukan pada tempat-tempat tertentu yang dilengkapi dengan lubang dan pin-nya. Cetakan Pola Sekali Pakai 

Pola sekali pakai umumnya terdiri dari satu bagian yang ditempatkan diatas papan alas dan drag dibuat sebagaimana mestinya. Setelah drag selesai, dibalik dan dilanjutkan dengan pembuatan kup.

Lubang-lubang

pelepas

udara

harus

dibuat

sekalian.

Lazimnya

mengunakan pasir basah, walaupun jenis lain boleh digunakan, khususnya pada bagian permukaan pola. Tidak dibutuhkan pasir pemisah antara kup dan drag, karena pola hanya dibuka ketika akan mengeluarkan benda coran. 

Saluran turun dan bagian dari sistim saluran masuk lainnya, biasanya menjadi bagian dari pola. Pola polisteren termasuk saluran turun dan saluran tuangnya ditinggikan dalam cetakan.



Logam cair dituangkan dengan cepat ke dalam saluran turun (untuk menghindari terbakarnya polisteren yang dapat menghasilkan residu karbon). Polisteren menguap dan gasnya terdorong keluar melalui pasir yang sifatnya permeabel serta lubang-lubang pelepasan gas. Sehingga logam cair akhirnya mengisi seluruh rongga cetakan. Seperti diperlihatkan pada gambar 5.3 :

Gambar 5.3. Cetakan pola sekali pakai. 

Pola biasanya diberi lapisan bahan tahan api agar diperoleh permukaan yang mulus. Selain itu diperlukan pemberat yang cukup dan pengikat papan cetak yang kuat untuk mengimbangi tekanan tinggi yang terjadi saat logam cair mulai dijatuhkan.



Keuntungan dari proses ini meliputi : 

Sangat tepat untuk pengecoran dalam jumlah kecil.



Tidak memerlukan pemesinan lagi.


54






Menghemat bahan coran.



Permukaan mulus.



tidak diperlukan pembuatan pola belahan kayu yang rumit.



Tidak memerlukan inti atak kotak inti.



Proses pengecoran jauh lebih sederhana.

Sedang kerugiannya adalah : 

Pola mudah rusak sewaktu pengecoran, sehingga memerlukan penanganan lebih.



Pembuatan pola tidak dapat dibantu dengan mesin mekanik.



Tidak terdapat kemungkinan untuk memeriksa keadaan rongga cetakan.

SALURAN MASUK, PENAMBAH DAN KARAKTERISTIK PEMBEKUAN 

Sistim saluran masuk (gating sistim) tempat mengalirkan logam cair ke dalam rongga cetakan, terdiri dari cawan tuang, saluran turun, pengalir dan saluran masuk (gambar 5.4). Fungsi sistim saluran harus dirancang dengan baik dengan mempertimbangkan faktor-faktor berikut : 

Aliran logam hendaknya memasuki rongga cetakan pada atau dekat dasarnya dengan turbulensi seminimal mungkin, khusunya pada coran yang berukuran kecil.



Pengikisan saluran masuk dan permukaan rongga cetakan harus ditekan seminimal mungkin dengan mengatur aliran logam cair.



Solidifikasi atau pembekuan logam harus diusahakan terarah, mulai dari permukaan cetakan ke arah logam cair dengan mengatur aliran logam cair yang masuk. Sehingga selalu ada logam cair cadangan untuk menutupi kekurangan akibat penyusutan.



Usahakan agar slag, kotoran atau partikel asing tidak dapt masuk kedalam rongga cetakan.



Cawan Tuang, Letaknya berdampingan dengan lubang saluran turun. Biasanya terdapat pada cetakan yang besar untuk memudahkan penuangan dan untuk mencegah masuknya terak ke dalam cetakan.



Saluran Penyaring, ditempatkan untuk pencegahan lanjut masuknya terak atau partikel lainnya kedalam saluran turun kedua. Dapat juga digunakan sumbat yang terbuat dari pasir kering atau keramik untuk mengatur aliran logam cair, sehingga hanya cairan yang bersih saja yang dapat memasuki rongga cetakan.


55


Gambar 5.4. Cara pengaliran logam cair ke dalam rongga cetakan. 

Penambah (risers), diberikan untuk cadangan logam cair seandainya terjadi penyusutan. Ukuran harus cukup besar, sehingga logam tetap dalam keadaan cair selama mungkin dan letaknya dekat rongga cetakan yang agak besar dimana diperkirakan terjadi penyutan yang cukup berarti.



Penambah Buntu, terdapat di kotak cetakan atas atau kup. Biasanya ditempatkan lansung di atas saluran masuk logam cair ke dalam rongga cetakan, agar logam cair dari penambah buntu mudah memasuki cetakan bila diperlukan.



Penyusutan terjadi bila logam membeku, jika solidifikasi tidak diatur dengan baik, akan dapat menyebabkan terjadinya rongga penyusutan yang cukup besar.



Pengendalian solidifikasi diarahkan agar rongga terbentuk di saluran turun, saluran masuk atau penambah. Umumnya rongga penyusutan terjadi di daerah dimana terjadi pembekuan logam cair paling akhir, atau daerah yang paling tinggi suhunya. Desain cetakan harus diusahakan sedemikian sehingga hal-hal seperti ini dapat dihindari.



Pada gambar 5.5 terlihat gradien suhu dan garis isoterm dalam suatu benda coran serta arah aliran panas logam.

Penambah buntu


56

Buku Ajar Proses Manufaktur Pola Dari gambar 5.6. di bawah terlihat tujuh jenis pola, yakni : 

Jenis A, merupakan pola tunggal dan paling sederhana.



Jenis B, merupakan pola sederhana yang dibuat menjadi dua bagian agar mudah dalam pembuatan cetakan (bidang pemisahnya menentukan belahan pola).



Jenis C, pola dengan dua bagian yang terlepas, sehingga memudahkan pola untuk dikeluarkan dari cetakan.



Jenis D, merupakan pola lengkap dengan sistim saluran, untuk membuat cetakan dalam jumlah banyak. Biasanya dibuat dari logam, agar lebih kuat sekaligus mencegah pelenturan akibat kelembaban



Jenis E, pola dengan plat penyambung, agar memudahkan pekerjaan pembuatan cetakan dengan mesin. Plat penyambung terdiri dari plat logam atau kayu dengan pola serta saluran yang dipasang secara tetap.



Jenis F, pola dengan papan penuntun yang dapat digunakan pada pola tunggal atau ganda. Lebih sulit pembuatannya.



Jenis G, pola putar untuk membuat bentuk beraturan yang berukuran besar, seperti : mangkuk bulat, alur atau tonjolan. Keuntungannya, mengurangi biaya pembuatan pola tetap yang cukup mahal.


57

Buku Ajar Proses Manufaktur Ketepatan Ukuran Coran Beberapa hal yang harus diperhatikan dalam pembuatan coran, antara lain : pengaruh penyusutan logam cair, ketirusan, penyelesaian, distorsi dan kelonggaran. Sehingga diperoleh benda coran yang benar-benar sesuai dengan benda yang akan dibuat. Tirus Kadang saat pola diangkat untuk di keluarkan dari cetakan, tepi cetakan pasir yang bersentuhan dengan pola, ikut terangkat. Untuk menghindari hal ini dan memudahkan pola untuk dikeluarkan, maka sisi tegak pola agak dimiringkan. Untuk permukaan luar, biasanya dipakai penambahan sebesar 1,04 % hingga 2,08 %. Untuk lubang di sebelah dalam dapat digunakan kemiringan sampai 6,25 %. Penyelesaian Permukaan coran yang akan mengalami pemesinan biasanya dipertebal, agar cukup bahan untuk penyelesaian. Umumnya penambahan 3,0 mm. Distorsi Distorsi biasanya terjadi pada benda coran yang memiliki bentuk tidak teratur, sehingga penyusutan yang terjadinya tidak rata. Bahan Pola 

Langkah pertama pembuatan pola adalah persiapan pola. Pola agak berbeda dengan benda cornya sendiri. Perbedaan tersebut mencangkup sesuaian pola untuk mengimbangi penyusutan dan pemesinan serta penambahan lainnya untuk memudahkan pengecoran.



Umumnya dibuat dari kayu, karena relatif murah dan mudah dibentuk. Karena penggunaan pola biasanya terbatas, pola tidak perlu dibuat dari bahan awet.



Pola yang diperlukan untuk manufaktur dalam jumlah besar biasanya dibuat dari logam, karena lebih awet dalam penggunaan, tdak berobah bentuk dan tidak memerlukan perawatan. Bahan logam yang banyak digunakan

umumnya kuningan, besi cor dan

almunium. Pembuatannya biasanya dicor mengikuti pola induk yang terbuat dari kayu. 

Bahan pola sekali pakai terbuat dari stirofoam dengan kekuatan tekan antara 89 sampai 124 Mpa. Dalam bentuk lembaran, stirofoam dijual dengan ukuran 1,2 x1,3 m dan tebal 450 mm.



Untuk pola kecil dalam jumlah banyakdapat digunakan bola-bola kecil dari polistiren yang


58

Buku Ajar Proses Manufaktur dibentuk dalam cetakan logam melalui pemanasan uap atau listrik. 

Untuk menghaluskan permukaan benda cetak, cetakan disikat, diseka atau disemprot dengan larutan zirkonium. Untuk menutupi pola dapat digunakan pasir dicampur dengan natrium sitrat, pasir furan, pasir lepas atau debu.

DAFTAR PUSTAKA 

A.Schey.John, Proses Manufaktur : Introduction to Manufacturing Process 3rd edition, 2009, Mc.Graw-Hill.Co.



Al-Rasyid.Soepardi.Haroen, Pengetahuan Dasar Pengecoran Logam Besi, 2005, Bandung.



Surdia.Tata, Teknik Pengecoran Logam, 2002,Pradnya Paramita,Jakarta



Surjana.Hardi,Teknik Pengecoran Logam,2008,Depdiknas


59


BAB 6 PENGECORAN SENTRIFUGAL 1. 

Pengecoran Sentrifugal

Merupakan teknik pengecoran yang dilakukan dengan cara menuangkan logam cair ke dalam cetakan yang berputar. Pengaruh gaya sentrifugal yang terbentuk pada logam coran, akan memadatkan dan menghaluskan permukaannya serta menghasilkan struktur logam dengan sifat fisik yang unggul.



Teknik pengecoran ini : 

lebih ekonomis dibanding cara lain, karena saluran turun atau masuk tidak diperlukan disini. Kotoran-kotoran, karena memiliki berat jenis lebih rendah dibanding logam, akan berkumpul di permukaan sebelah dalam sehingga mudah dibuang dengan pemesinan. Juga memungkinkan untuk mengecor produk yang lebih tipis.



pendinginannya lebih cepat karena antara cetakan dan logam coran bersinggungan dengan sempurna. Kesulitan terjadi pada penggunaan cetakan dari logam, karena kenaikan suhu menyebabkan memuainya cetakan, sebaliknya penyusutan saat logam membeku.



Cukup serbaguna, artinya mulai dari ring piston yang beratnya hanya beberapa gram sampai rol untuk pabrik kertas yang beratnya 40 ton lebih dapat dibuat.



Dikelompokkan ke dalam : 

Pengecoran sentrifugal.



Pengecoran semi sentrifugal.



Pengecoran sentrifuging.

Pengecoran sentrifugal Sejati  Teknik pengerjaan : cetakan diputar mengintari sumbu horizontal atau vertikal dan logam cair dituangkan pada salah satu ujungnya. Akibat kerja gaya sentrifugal, logam cair terlempar keluar dan tertekan pada permukaan cetakan sehingga terbentuk rongga silindris. Dengan demikian tidak diperlukan inti untuk pembuatan rongga. 

Cara ini digunakan pada pembuatan pipa, lapisan (linier) mesin dan obyek simetris lainnya. Ketebalannya diatur melalui pengendalian jumlah logam cair yang dituang.



Ada dua cara pembuatan tabung silinder mesin radial : 

Metode horisontal, mirip dengan proses pembuatan pipa.


60


Metode vertikal, bagian dalamnya akan berbentuk paraboloid dengan sudut kemiringan tergantung pada kecepatan perputaran.

Pengecoran semi sentrifugal 

Pada prosesnya cetakan diisi penuh dan diputar pada sumbu vertikal. Kurangnya tekanan dibagian tengah cetakan menghasilkan struktur yang kurang padat dan mungkin mengandung inklusi atau gelembung udara. Oleh karena itu bagian tengah cetakan umumnya dijadikan hanya sebagai saluran turun atau masuk, dan nantinya akan diselesaikan dengan pemesinan sebagai lobang.



Biasanya dimanfaatkan untuk membuat benda dengan lubang dibagian tengah seperti roda kereta api. Cetakan yang digunakan adalah cetakan susun, agar pengerjaan sekaligus bisa menghasilkan beberapa benda coran, sehingga menghemat waktu dan biaya.

Sentrifuging  Disini gaya sentrifugal yang melempar logam cair keluar, dimanfaatkan untuk mendesak aliran logam cair ke dalam rongga cetak tersendiri yang dihubungkan secara radial dengan bagian tengah sebagai saluran turun atau masuk. 

Gaya sentrifugal dengan demikian akan menghasilkan benda cor yang padat dan pengerjaan sekaligus bisa menghasilkan beberapa benda coran.



Berbeda dengan proses cetak sentrifugal sebelumnya, metoda sentrifuging dapat digunakan baik untuk bentuk simetris maupun bentuk tidak tertentu..

Pengecoran Presisi atau Pengecoran Invesmen  Dimanfaatkan untuk menghasilkan produk berukuran teliti dengan permukaan yang sangat halus, mengecor bahan yang sulit dimesin dan logam radioaktif. 

Cara ini dapat diterapkan untuk ferrous dan nonferrous dengan bobot dapat mencapai 45 kg.



Keuntungan dari pengecoran presisi adalah : 

Dapat dicor bentuk-bentuk yang rumit.



Diperoleh permukaan yang rata dan sangat halus tanpa garis pemisah.



Ketelitian dimensi baik.



Benda cor yang dihasilkan tidak memerlukan pemesinan lanjut.


61

Buku Ajar Proses Manufaktur Kerugiannya : 

Proses ini mahal.



Terbatas untuk benda cor yang kecil-kecil.



Inti sulit untuk digunakan.



Lubang harus lebih besar dari 1,6 mm dengan kedalaman maksimal 1,5 kali diameter.

Proses Pengecoran Presisi dengan Pola Lilin  Proses pengecoran ini menggunakan pola lilin sebagai pola cetakan, yang dapat dilelehkan dan di buang, sehingga meninggalkan rongga dalam cetakan dengan bentuk aslinya. 

Proses ini semula ditujukan untuk membuat benda kerajinan dan seni. Obyek terlebih dahulu dibuat dari lilin. Pola lilin kemudian ditutup dengan plester. Setelah plester menjadi keras, cetakan dipanaskan dalam dapur, sehingga lilin meleleh dan cetakan bertambah kuat. Rongga yang terbentuk dengan segala lekukannya kemudian diisi dengan logam cair. Setelah didinginkan cetakan plester dipecahkan. Pada benda cor yang besar dapat dimanfaatkan inti plester, sehingga diperoleh dinding benda cor yang tipis.



Kini replika benda coran atau suku cadang dibuat dari baja atau kuningan. Dari replika ini kemudian dibuat cetakan belah dari bismut atau paduan timah. Setelah itu lilin ditekan ke dalam cetakan dan dibiarkan membeku. Cetakan dibuka dan pola lilin dikeluarkan.



Selain lilin dapat juga digunakan resin termoplastik – polisteren. Pengecoran dapat dilakukan secara gravitasi, vakum, tekanan atau sentrifugal. Tekanan sebesar 0,02 sampai 0,2 MPa lazim digunakan untuk operasi pengecoran.

Proses Kulit Keramik  Prosesnya serupa dengan proses pola lilin dimana pola dibuat dari lilin atau plastik dengan titik lumer yang rendah. Adakalanya melalui teknik perangkaian, dimana beberapa pola dijadikan satu melalui pembentukan cluster. Biaya pembuatan pola plastik umumnya lebih murah 

Cluster ini berkali-kali dicelupkan ke dalam campuran keramik dan ditaburi tepung bahan tahan api. Hal ini terus berulang sampai kulit mencapai ketebalan 4,8 hingga 12,7 mm. Pola dilelehkan dan cetakan dikeringkan, disusul dengan pembakaran sampai 980 sampai 1095

0

C. Setelah cetakan kering dan bebas dari bahan organik dapat dilakukan pengecoran. Kulit keramik ini biasanya akan pecah setelah logam membeku. 

Adakalanya dimanfaatkan pula air raksa beku sebagai pengganti lilin atau plastik. Proses


62

Buku Ajar Proses Manufaktur mula-mula dibuat cetakan dari logam lengkap dengan saluran masuk dan saluran turun. Setelah itu keseluruhannya didinginkan dan diisi dengan aseton sebagai pelumas. Air raksa dituangkan ke dalam cetakan dan aseton terdesak keluar. Cetakan didinginkan sampai – 60 0

C , akibatnya air raksa membeku dalam 10 menit.

Pola kemudian dikeluarkan dari cetakan dan dicelup dalam adonan keramik sampai terbentuk kulit setebal 3,1 mm. Air raksa kemudian dicairkan kembali dan dikeluarkan dari kulit pada suhu ruang. Pola kulit dikeringkan dan dibakar pada suhu tinggi sehingga didapat kulit yang keras. Kulit kemudian dimasukkan ke dalam kotak cetakan yang kemudian diisi pasir cor dan dipanaskan. Pengecoran dilakukan secara sentrifugal. 

Meskipun menghasilkan benda cor bermutu tinggi, pemakaiannya sangat terbatas, karena biaya yang besar dan air raksa berbahaya bagi kesehatan.

Proses pengecoran Plester  Bahan plester terdiri dari gip yang dicampur dengan bahan penguat dan pengeras dalam keadaan kering, baru kemudian di tambah air. Bahan gip ini banyak digunakan untuk cetakan pengecoran presisi karena cepat mengering dan mempunyai porositas yang baik. Kekurangannya pada sifat yang tidak permanen, karena akan rusak setiap kali benda cor dikeluarkan. 

Polanya dibuat dari bahan kuningan dengan toleransi yang ketat. Pola-pola ditata pada plat dasar rangka cetakan seperti di gambar. Sebelum diberi plester, pola disemprot dengan tepung pemisah. Plester dituang disekitar pola sambil menggetarkan cetakan, agar diperoleh cetakan yang sempurna. Setelah plester mengeras, diangkat dari rangka, kemudian dimasukan ke dalam dapur pengering bersuhu 815

0

C. Setelah logam yang dituang

mengeras, benda coran dikeluarkan dengan menghancurkan cetakan dan membersihkannya dengan penyemprotan. 

Porositas cetakan untuk melepas gas-gas yang timbul dalam cetakan, diatur melalui kadar air plester. Setelah cetakan kering, air yang menguap akan meninggalkan renik-renik dalam cetakan. Selain itu cetakan plester juga memiliki kekuatan dan keuletan yang memadai.



Biasanya cetakan plester hanya digunakan untuk paduan non ferrous, seperti kuningan, perunggu, magnesium dan paduan aluminium tertentu.



Benda cor yang dibuat meliputi suku cadang pesawat terbang, roda gigi kecil, nok, gagang, bagian-bagian dari pompa dan bermacam benda coran yang rumit.


63

Buku Ajar Proses Manufaktur 2. Proses Pengecoran Konvensional (Conventional Foundry Processes) 

Karakteristik Produk Coran (castings) 

Kelebihan produk hasil proses pengecoran dibandingkan produk hasil proses lain: 

Produk yg berbentuk kompleks dan berukuran besar relatif lebih mudah dibuat dan dg biaya lebih murah.





Kekakuan (rigidity) secara struktur lebih besar.



Mampu mesin (machinability) sangat baik.



Ketahanan aus baik.



Sifat peredaman getaran baik.

Kekurangannya: 

Produk yg mempunyai bagian tipis sulit dibuat.



Akurasi dan homogenitas (uniformity) kurang baik.



Beratnya menjadi besar.



Sifat-2 mekanik seperti kekuatan tarik, keuletan (ductility), kekuatan (toughness) kurang baik.





Syarat bahan logam cor: 

Titik cair rendah



Fluiditas (kecairan) logam cair bagus



Sedikit menyerap gas ketika mencair



Penyusutan pada saat memadat kecil

Urutan Proses Pengecoran Proses pengecoran terdiri dari: 1. pembuatan cetakan (molds), 2. penyiapan dan peleburan logam, 3. penuangan logam ke dalam cetakan (molds), 4. pembersihan tuangan (casting), 5. pengolahan pasir untuk penggunaan ulang.


64



65

Buku Ajar Proses Manufaktur Jenis Cetakan (Mold)



Cetakan (Mold) dibedakan berdasar material yg digunakan. 

Green-sand molds (cetakan pasir basah). Metode yg paling umum digunakan, cetakan dibuat dari pasir cetak yg basah.



Skin-dried molds (cetakan kulit-kering). Ada dua metode untuk membuat cetakan ini. 

mencampurkan binder (perekat) pada pasir disekitar pola pada kedalaman 12.7 mm, sehingga ketika kering permukaan cetakan akan mengeras.



membuat cetakan dari pasir basah kemudain dilapisi (coating) permukaannya dengan spray yg menjadi keras ketika dipanaskan.



Dry-sand molds (cetakan pasir kering). Cetakan ini dibuat seluruhnya dr pasir cetak kasar yg dicampur dg bahan perekat. Cetakan ini tahan bentuknya saat penuangan & bebas dr masalah gas yg disebabkan oleh penguapan. Skin-dried & dry-sand molds digunakan luas untuk pengecoran baja.



Loam molds (cetakan tanah liat). Cetakan ini digunakan untuk pengecoran yg besar. Pertama dibuat kerangka dg besi atau batu bata. Kemudian dilapisi dg tanah liat yg tebal & dibiarkan mengering keseluruhannya, hingga tahan thd tuangan logam cair.



Furan molds (cetakan furan). Proses ini baik digunakan utk pola sekali pakai. Pasir halus kering diaduk dg asam fosfor yg berfungsi sebagai akselerator. Damar furan (furan resin) ditambahkan dan diaduk hingga rata. Bahan pasir akan segera mengeras.



CO2 molds (cetakan CO2). Pada proses ini, pasir bersih dicampur dg sodium silicate, dan campuran dipadatkan disekitar pola. Ketika gas CO2 ditekankan pada cetakan, campuran pasir akan mengeras. Tuangan (casting) yg sangat halus dan rumit bisa dihasilkan dengan cetakan ini.



Metal molds (cetakan logam). Cetakan ini digunakan pada cetak-tekan paduan dg suhu lebur rendah. Casting umumnya bisa dihasilkan dengan kehalusan permukaan yg baik, sehingga mengurangi proses pemesinan.



Special molds (cetakan khusus). Plastik, semen, plaster, kertas, kayu, dan karet dapat digunakan sebagai bahan cetakan untuk applikasi khusus. Proses Molding pada pengecoran konvensional dapat dibedakan menjadi: 1.

Bench molding (pembuatan cetakan di bangku). Untuk benda cor ukuran

kecil. 2.

Floor molding (pembuatan cetakan di lantai). Untuk benda cor ukuran sedang

- besar. 3.

Pit molding (pembuatan cetakan sumuran). Benda cor yg sangat besar


66

Buku Ajar Proses Manufaktur biasanya dituang dlm sumuran. Sumuran merupakan drag dan diatasnya dibuat kup. Sisi sumuran diperkuat dg lapisan bata dan alas ditutupi lapisan sinter yg tebal yg dihubungkan dg pipa-2 pelepas gas ke lantai pabrik. Cetakan sumuran tahan terhadap tekanan tinggi yg ditimbulkan oleh gas panas dan biaya pembuatannya tidak terlalu mahal. 4.

Machine molding (pembuatan cetakan dg mesin). Kini sebagian besar

pekerjaan pembuatan cetakan dilakukan dg mesin. Memadatkan pasir, membalik cetakan, dan membuat saluran masuk dilakukan dg mesin, yg jauh lebih efisien. Pembuatan Cetakan Pasir



Cetakan dibuat dlm rangka cetak (flask) yg terdiri 2 bagian, bagian atas disebut cope & bagian bawah disebut drag. 

Pola diletakkan diatas papan, drag dipasang siap diisi pasir. Pasir diisikan penuh dan dimampatkan scr manual/mesin dg baik. Jk longgar cetakan mudah rusak, terlalu rapat gas dan uap sulit menguap. Pasir diratakan & ditaburkan pasir silika kering agar permukaan tdk lengket.



Drag dibalik dan cope dipasang. Dipasang sprue pin utk alur turun logam cair. Setelah ditabur pasir silika kering, diisi penuh dg pasir dan dimampatkan. Diberi lobang-2 kecil utk pelepasan gas.



Sprue pin dikeluarkan & dibuat cawan tuang. Cope dilepas & dibalik. Pasir disekitar rongga cetakan diseka dg kain basah, dan pola dilepas. Dibuat saluran masuk (gate) antara rongga cetakan dan saluran turun. Pada cope dibuat lobang riser utk logam cadangan jk ada penyusutan.



Permukaan rongga cetakan dibasahi, diseka & ditaburi serbuk pelapis dr tepung silicon dan grafit utk menghaluskan permukaan hasil & mengurangi terjadinya cacat.



Cetakan perlu diberi beban pemberat agar cope tdk terangkat akibat tekanan hydrostatic logam yg dituangkan. Besar pemberat: FN = A ( D × h ) – ( Wc – Wsc ) FN : berat pemberat, A: luas permukaan logam pd belahan, D: berat jenis logam, Wc & Wsc: berat cope & pasir pd cope.


67



68

Buku Ajar Proses Manufaktur Pola (Pattern) pada Cetakan Pasir



Pola hrs dibuat dr bahan yg mudah dibentuk dan akurasi baik, serta murah. Utamanya dibuat dari kayu, juga logam (besi cor, paduan tembaga, paduan ringan), batu, plastik, lilin dll. Jenis pola berdasar bentuk: 

Solid pattern (pola padat ) terdiri dr one piece pattern (pola tunggal), & split pattern (pola belah).



Sweeping pattern (pola putar ), jika benda cor berbentuk simetris.



Strickling pattern, utk membuat benda cor yg tipis memanjang dg penampang sama.



Skelton pattern (pola kerangka), utk benda cor yg besar dan jumlah sedikit, kerangka dibuat dari kayu, bagian kerangka yg kosong diisi pasir dan permukaannya ditutup dg papan atau kertas.



Core (inti), utk membuat ruang kosong atau lobang pada benda cor, agar logam cair tdk masuk. Jenis pola berdasar cara pemakaian: a.

Removable Patterns (pola bisa dipakai ulang). Pasir dipadatkan disekitar pola.

Kemudian pola diambil dan rongga yg terjadi dimasuki dengan logam lebur. b.

Disposable Patterns (pola sekali pakai). Pola sekali pakai dibuat dari

polystyrene atau stirofoam dan akan menguap ketika logam cair dituangkan ke dalam cetakan.


69




Pattern, Gates, Risers, & Solidification Characteristics 

Kelebihan disposable patterns adl: sangat tepat utk mengecor dlm jumlah kecil, permukaan mulus, tidak perlu pemesinan lagi, hemat bahan coran, tidak perlu membuat pola kayu yg rumit, tidak perlu inti & kotak inti, dan pengecoran jauh lebih sederhana.



Kekurangan disposable patterns adl: pola rusak sewaktu dilakukan pengecoran, pola perlu penanganan yg lebih hati-2/sulit, tidak dpt digunakan mesin mekanik utk membuat pola, dan tidak ada kemungkinan utk memeriksa keadaan rongga cetakan.



Perkiraan berat benda cor pada pengecoran disposable patterns : WP / DP = WC / DC 

WP & WC : berat pola dan benda cor, DP & DC : berat jenis pola dan benda cor.


70


Gating System utk mengalirkan logam cair ke dlm rongga cetakan, terdiri dr cawan tuang (pouring basin), saluran turun (sprue), & saluran masuk (gate) tempat logam mengalir memasuki rongga cetakan.



Pouring basin utk memudahkan penuangan & mencegah masuknya terak, hrs selalu terisi shg logam terus mengalir.



Skimming gate (saluran penyaring) utk mencegah masuknya terak ke saluran turun kedua.



Strainer (penyumbat) terbuat dr pasir kering atau keramik dpt digunakan utk mengatur aliran logam cair shg hanya cairan bersih saja yg masuk rongga cetak.



Risers (penambah) utk cadangan logam cair jika terjadi penyusutan. Penampang hrs besar shg logam tetap cair.

Dlm merancang gating system perlu memperhatikan: 

Aliran logam hendaknya memasuki rongga cetakan pd dasar / didekatnya dg turbulensi minimal.



Pengikisan dinding saluran masuk dan permukaan rongga cetakan hrs ditekan dg mengatur aliran logam cair atau dg menggunakan inti – pasir kering.



Aliran logam cair yg masuk hrs diatur shg terjadi solidifikasi terarah. Solidifikasi hendaknya mulai dr permukaan cetakan ke arah logam cair shg selalu ada logam cair cadangan utk menutupi kekurangan akibat penyusutan.



Usahakanlah agar slag/terak, kotoran, atau partikel asing tidak dapat masuk ke dlm rongga cetakan.


71


Kelonggaran Pola dan Jenis Pasir



Pembuatan pola harus memperhatikan: 

Shrinkage (penyusutan). Pada pembuatan pola harus ditambahkan ukuran penyusutan. Utk kemudahan, penambahan ukuran adl: 1.04% utk besi cor, 1.56% utk perunggu, 2.08% utk baja, 1.30% utk aluminium dan magnesium.



Draft (tirus). Utk memudahkan pengeluaran pola, sisi tegak pola diberi kemiringan. Utk permukaan luar biasanya ditambahkan 1.04% – 2.08%, utk lobang dalam 6.25%.



Finishing (penyelesaian). Pada permukaan yg memerlukan penyelesaian pemesinan hrs diberi tambahan ukuran, biasanya ditambah 3.0 mm, shg cukup utk dilakukan machining.



Distortion (distorsi). Terjadi pd benda cor dg bentuk tdk teratur krn penyusutan yg tidak merata ketika memadat. Ini perlu diperhitungkan pada pembuatan pola.



Shake (kelonggaran). Pada saat pola dilepaskan dari cetakan, biasanya ruangan pola akan sedikit lebih besar. Shg pula mungkin perlu dibuat sedikit lebih kecil.



Jenis Pasir Pasir Silica (SiO2) banyak ditemukan. Cocok utk krn tahan suhu tinggi tanpa terjadi penguraian, murah harganya, awet, dan butirannya mpy bermacam tingkat kebesaran dan bentuk. Kekurangannya: angka muainya tinggi, dan memiliki kecenderungan utk melebur dg logam, serta kandungan debu tinggi. Pasir Silica murni hrs dicampur dg 8 – 15% tanah liat agar memiliki daya ikat. Jenis tanah liat yg dipakai: kaolin, illit, dan bentonit. Bentonit adl sejenis abu vulkanik yg telah lapuk.


72

Buku Ajar Proses Manufaktur Pasir utk cetakan harus memiliki sifat-sifat: 

Permeability (permeabilitas). Porositas yg memungkinkan pelepasan gas dan uap yg terbentuk dlm cetakan.



Strength (kekuatan). Pasir harus memiliki gaya kohesi, kadar air dan tanah liat mempengaruhi sifat kohesi.



Refractoriness (ketahanan thd suhu tinggi). Pasir hrs tahan thd suhu tinggi tanpa melebur.



Grain size and shape (ukuran dan bentuk butiran). Ukuran butiran hrs sesuai dg sifat permukaan yg dihasilkan. Butiran hrs berbentuk tdk teratur shg memiliki kekuatan ikatan yg memadai.

Referensi. 


















73


BAB 7 PASIR CETAKAN 

Pasir silika (SiO2) sangat cocok untuk cetakan, karena tahan suhu tinggi tanpa terjadi penguraian, awet, butirannya mempunyai bermacam tingkat kebesaran dan bentuk serta murah biayanya (karena banyak ditemukan diseluruh nusantara).



Kekurangannya, memiliki angka muai tinggi dan kecendrungan untuk melebur menjadi satu dengan logam serta dapat membahayakan kesehatan, karena kandungan debunya cukup tinggi.



Pasir silika murni tidak dapat digunakan lansung untuk membuat cetakan, karena tidak memiliki daya pengikat. Sehingga untuk itu diperlukan pencampuran lempung sebanyak 8 sampai 15 %. Jenis lempung yang sering dimanfaatkan adalah kaolin, illit dan tonit. Bentonit adalah sejenis abu vulkanik yang telah lapuk.



Pasir cetak alam umumnya telah mengandung sejumlah lempung. Sehingga untuk membuat cetakan baik untuk besi baja maupun nonferrous tinggal menambahkan air saja. Karena banyaknya kandungan bahan-bahan organik, ia menjadi kurang baik untuk digunakan pada suhu tinggi.



Pasir cetak buatan terdiri dari butiran silika yang dicuci dan ditambahkan lempung sebanyak 3 sampai 5 %. Jumlah air sebagai pengencer ditambahkan untuk memperoleh kekuatan yang cukup memadai kurang dari 5 %, sehingga gas yang dilepas juga berkurang.



Jenis cetakan turut menentukan ukuran butir pasir. Untuk cetakan yang kecil dan rumit digunakan pasir yang halus, agar didapat benda cetak yang baik. Bagi benda cor berukuran besar memerlukan pasir cetak yang lebir kasar, sehingga memudahkan pelepasan gas. Butiran tajam berbentuk tak teratur sangat baik, karena mereka akan saling bertautan sehingga meningkatkan kekuatan cetak.

Pengujian Pasir  Pengujian perlu dilakukan secara berkala untuk mengetahui sifat-sifatnya yang mengalami perubahan akibat tercampur kotoran-kotoran atau pengaruh suhu yang tinggi. 

Pengujian yang lazim diterapkan adalah pengujian mekanik untuk menentukan sifat-sifat pasir seperti : 

Permeabilitas, sifat porositas pasir yang memungkinkan pelepasan gas dan uap yang terbentuk dalam cetakan.


74


Kekuatan, Berupa gaya kohesi, kadar air dan lempung yang mempengaruhi sifat-sifat kohesi.



Ketahanan terhadap suhu tinggi tanpa melebur.



Ukuran dan bentuk butiran yang harus sesuai dengan sifat permukaan yang dihasilkan.

Pengujian Kekerasan Cetakan dan Inti. Menggunakan alat pengukur kekerasan cetak. Prinsip kerjanya sederhana : Bola baja 5,08 mm yang terdapat di bagian bawah alat ditekan ke dalam permukaan cetakan. Per bergaya tekan 2,3 kN menerimanya. Kedalaman yang diukur dalam milimeter menjadi indikasi dari kekerasan. Cetakan dengan pemadatan sedang biasanya mempunyai nilai kekerasan : 75.

Analisa Ayak  Analisa ayak dilakukan untuk menentukan persentase distribusi ukuran butiran. 

Prosesnya : mula-mula pasir dicuci sampai bebas dari lempung, lalu dikeringkan. Untuk analisa digunakan satu set ayakan standar NBS dengan ukuran (mesh) 6, 12, 20, 30, 40, 50, 70, 100, 140, 200 dan 270. Ayakan tersebut ditumpuk dan diletakkan pada pengguncang. Mula-mula pasir diletakkan di ayakan yang paling kasar di atas. Setelah diguncangkan selama 15 menit, berat pasir yang tertinggal dimasing-masing ayakan ditimbang dan dinyatakan dalam persentase berat.



Bilangan kehalusan AFA diperoleh dengan cara mengalikan persentase berat dengan faktor tertentu, kemudian dijumlahkan dan dibagi dengan persentase pasir yang tertinggal.


75

Buku Ajar Proses Manufaktur Pengukuran Kadar Air  Kadar air pasir cetak tergantung pada jenis cetakan dan jenis logam yang dicor. Agar sesuai dengan yang diharapkan, kadar air harus dikendalikan dengan tepat. 

Salah satu cara yang paling teliti adalah dengan menimbang pasir sebelum dan sesudah dikeringkan. Pada alat pengukur kelembaban terdapat elemen pemanas dan peniup untuk mengeringkan pasir. Dari selisih berat akan dapat dihitung persentase kadar air, yang sebaiknya berkisar antara 2 sampai 8 %.

Pengujian Kadar Lempung  Alat untuk menentukan kadar lempung terdiri dari dapur pemanas, timbangan dan pencuci pasir. Sejumlah pasir dikeringkan kemudian dicampur dengan larutan kaustik, setelah beberapa lama, larutan soda kaustik yang mengandung lempung dibuang. 

Proses pencucian ini dilakukan tiga kali sampai kandungan lempung habis. Setelah itu pasir dikeringkan, ditimbang dan dibandingkan dengan berat semula untuk menentukan kadar lempung yang hilang tercuci.

Pengujian Permeabilitas  Permeabilitas adalah kemampuan pasir untuk mengalirkan uap dan gas-gas yang dilepaskan oleh logam panas saat mulai mengeras. 

Permeabilitas ini ditentukan oleh jumlah udara yang melalui contoh pasir cetak dalam keadaan standar. Hal ini tergantung pada beberapa faktor antara lain : bentuk butiran pasir, kehalusan , tingkat pemampatan, kadar air dan jumlah unsur pengikat.



Pasir cetak yang baik harus memiliki permeabilitas yang tinggi. Pasir cetak yang berbutir kasar dengan sendirinya memiliki nilai permeabilitas yang lebih baik.



Pencampuran pasir halus dengan pasir kasar akan dapat mengubah nilai permeabilitas. Nilai maksimum dicapai pada 5 % kelembaban.


76


Kekuatan Pasir Daya tahan dan daya ikat pasir basah maupun pasir kering dapat diukur dengan percobaan tekan, percobaan tarik, percobaan geser atau percobaan kekuatan melintang. Sedangkan yang umum dijadikan patokan adalah kekuatan tekan. Contoh gambar mesinnya di bawah ini.

Gambar 5.12. Mesin pengukur kekuatan pasir.

PERALATAN UNTUK PERSIAPAN PASIR CETAK Guna mendapatkan mutu cetakan yang baik, maka pasir cetak perlu dipersiapkan sehingga memiliki sifat-sifat sebagai berikut : 

Bahan pengikat tersebar dengan rata.



Kadar air terkendali dan permukaan butiran basah.



Pasir bebas dari kotoran.


77


Pasir terlepas dan tidak menggumpal, sehingga sangat baik untuk membuat cetakan.



Suhu pasir sama dengan suhu ruang. Untuk itu biasanya digunakan mesin pencampur atau penggiling pasir (gambar 5.13).

Mesin ini mempunyai dua roda yang menggelinding pada poros mendatar, dan mengintari poros utama vertikal. Pasir digiling, ditekan sambil diaduk selama beberapa menit sampai terbentuk campuran merata antara pasir dengan bahan pengikat.

Pasir cetak ternyata dapat dimanfaatkan kembali, sebagaimana yang dilakukan pada suatu unit pengolahan pasir (gambar 5.14). Setelah logam cair dituangkan dan membeku, cetakan dibongkar pada ujung ban berjalan. Setelah diayak untuk memisahkan kotoran-kotoran dan


78

Buku Ajar Proses Manufaktur pasir yang sangat kasar, pasir melalui ban berjalan yang lebih kecil, masuk ke dalam pemisah magnetik untuk meyisihkan potongan-potongan besi yang terdapat dalam pasir. Pasir kemudian masuk ke dalam elevator ember, disaring kemudian disimpan ditempat penyimpanan pasir. Setelah itu pasir dialiri hembusan udara agar butiran pasir terlepas dan memudahkan pembuatan cetakan. Siklus daur ulang pasir bekas selesai dan pasir siap dipakai lagi.

INTI  Inti digunakan bila dalam suatu cetakan perlu dibuat rongga atau lubang, seperti halnya lubang baut. Jadi, berfungsi mencegah pengisian logam pada bagian tertentu. Bagian ini dapat dibuat sebagai bagian dari pola itu sendiri atau dipasang setelah pola dikeluarkan.

Gambar 5.15. Berbagai jenis inti. 

Inti dapat dibagi dalam dua kelompok, yakni : 

Inti pasir basah.

Merupakan bagian dari pola dan terbuat dari bahan yang sama dengan cetakan, sehingga lebih murah. Lubang dalam benda cetak dibuat dari pasir basah. 

Inti pasir kering


79

Buku Ajar Proses Manufaktur Dibuat secara terpisah dalam kotak inti. Kemudian dipasang dengan tepat dalam cetakan setelah pola dikeluarkan dan baru cetakan ditutup. Biasanya dibuat dari pasir kali yang bersih dan dicampur dengan bahan pengikat lalu dipanaskan, agar diperoleh kekuatan tertentu. Pembuatan inti terpisah tentu saja akan lebih sulit dan biaya lebih mahal. 

Mutu inti ditandai oleh kekuatannya yang memadai dan harus memiliki porositas, karena gas-gas yang terbentuk dari penguraian bahan pengikat inti akibat panas logam cair, harus lansung disalurkan keluar. Selain itu harus mempunyai permukaan yang halus dan tahan panas.

Bahan Pengikat Inti  Untuk bahan pengikat inti sering digunakan minyak cat. Minyak tersebut membentuk lapisan pada butiran pasir dan mengeras akibat oksidasi. Dilanjutkan dengan pemanasan selama 2 jam pada suhu 180 – 220

0

C. Campuran yang lazim digunakan adalah 40 bagian pasir : 1

bagian minyak cat. Salah satu kelebihannya adalah tidak meresap air dan tetap memiliki kekuatan. 

Pengikat lain yang mudah diperoleh adalah tepung terigu, dekstrin dan kanji. Perbandingan antara pengikat dengan pasir 1 : 8 (atau lebih). Juga dapat dicampurkan pasir bekas sedikit. Beberpa jenis plastik, termoset termasuk urea dan fenol formaldehida dapat digunakan sebagai pengikat. Pengikat ini dicampur dengan bahan lainnya seperti tepung silika, tepung, air atau minyak tanah. Pengikat urea dipanaskan antara 165 sampai 190 0 C, pengikat fenol pada 200 sampai 230

0

C. Jenis pengikat ini memiliki kekuatan adhesi yang tinggi, tahan

kelembaban dan menghasilkan permukaan yang rata. 

Saat ini banyak digunakan bahan pengikat resin sulfural alkohol yang dapat mengeras di udara atau dipanaskan pada 220 0 C. Selain itu juga dikenal inti yang terbuat dari campuran pasir dengan silikat natrium, yang setelah dipadatkan dalam kotak cetak inti, tinggal dikeraskan dengan proses penyemburan CO2, sehingga tidak perlu dipanaskan , mudah dibuat dan murah harganya.

Mesin Pembuat inti  Ada berbagai jenis, seperti : mesin pembuat inti, mesin tekan, mesin guncang-tekan dan mesin pelempar pasir. 

Mesin peniup pneumatik (gambar 5.16) dapat menghasilkan inti kecil dan sedang dalam jumlah yang banyak dengan cepat dan bentuk yang tepat serta permeabilitas yang baik. Disini pasir ditiupkan dengan tekanan dan kecepatan tinggi dari tempat pasir ke dalam kotak


80

Buku Ajar Proses Manufaktur inti. Kotak inti memiliki lubang-lubang angin halus untuk aliran udara keluar agar tidak memacetkan aliran pasir.

Mesin Pembuat Cetakan Mesin pembuat cetakan dapat menghasilkan cetakan dengan mutu yang lebih baik dan lebih cepat. Beberapa teknik pemadatan pasir dari mesin pembuat cetakan dapat dilihat pada gambar di bawah :

Mesin Pengguncang  Kapasitas mesin dapat mencapai 6000 kg dan dapat digunakan berbagai macam ukuran kotak. 

Gerakan guncangan naik turun dengan tekanan udara dapat memadatkan pasir. Kepadatan yang terbentuk umumnya disekitar pola dan pada batas permukaan pemisah. Kepadatan juga tergantung pada ketinggian jatuh dan tebal pasir dalam cetakan.


81


Proses pemadatan yang merata menghasilkan cetakan yang lebih bermutu, lebih kuat dan kemungkinan terjadinya cacat berkurang. Mesin ini hanya mampu menyelesaikan bagianbagian dari cetakan, kup atau drag secara bergiliran.

Mesin Pendesak Bekerja memadatkan pasir yang dijepit diantara kotak dan plat pendesak. Kepadatan tertinggi hanya pada sisi cetakan yang searah dengan bekerjanya gaya. Sulitnya memperoleh kepadatan yang merata, menyebabkan mesin ini hanya digunakan untuk cetakan yang tipis dengan ketebalan beberapa cm saja.

Mesin Guncang-desak

Bekerja menyederhanakan pekerjaan pembuatan cetakan. Sehingga pekerjaan memadatkan

pasir,

menghaluskan

permukaan

pemisah,

memberi

pasir

pemisah,

menghaluskan permukaan cetakan, membuat saluran masuk dan sebagainya yang biasa dilakukan dengan tangan , ditiadakan.


82

Buku Ajar Proses Manufaktur Mesin Guncang-desak dengan Pembalik Cetakan Dengan adanya dua lengan pada mesin, setelah kotak cetakan kup-drag dipadatkan dan diguncang, keseluruhannya dapat diangkat dan balik. Sehingga mempercepat proses selanjutnya. Mesin ini didesain untuk cetakan yang besar.

Mesin Diagfrahma Pada mesin ini penekanan pasir dilakukan melalui diagfrahma karet yang menutupi permukaan pasir oleh tekanan udara yang merata. Prosesnya cepat, serta dapat menghasilkan toleransi yang ketat akibat pemadatan pasir yang merata.

Mesin guncang-balik dengan Penarik Pola



Jenis mesinnya khusus, dengan kemampuan cetak mencapai 5500 kg.


83




Mula-mula pasir dipadatkan dengan cara mengguncangnya. Setelah pasir yang berlebih disapu, papan alas diletakkan di atas cetakan lalu dijepitkan. Terakhir seluruh cetakan dibalik dan pola ditarik ke luar secara hidrolik.



Mesin ini digunakan untuk membuat kup atau drag secara terpisah dan umumnya rongga cetakan hanya terdapat pada drag.

Pelempar Pasir  Benda cetak yang baik dihasilkan dari cetakan dengan pemampatan pasir merata. Untuk itu pada cetakan yang besar-besar telah dikembangkan alat yang disebut pelempar pasir. 

Pasir ditempatkan dalam kotak yang besar berkapasitas 8,5 m3 , yang sewaktu-waktu dapat diisi kembali. Pasir diteruskan melalui ban berjalan ke kepala pelempar yang terdiri dari sudu yang berputar cepat. Kapasitasnya mencapai 0,2 – 0,28 m3 atau 450 kg pasir per menit. Kepadatan pasir diatur dengan pengendalian perputaran kepala sudu.


84


BAB 8 PROSES PERMESINAN (BAGIAN I) 8.1. Bahan-bahan Mampu Mesin Mampu mesin yang baik dapat berarti : 

PemotoNgan dengan energi minimal



Tingkat keausan alat iris yang minimal



Kehalusan permukaan yang baik

Hal ini berarti : 

Bahan dgn keuletan rendah lebih disukai, sehingga pemisahan tatal terjadi setelah pergeseran yang minimum & tatal dapat patah dengan mudah



Untuk meminimalkan energi pemotongan, maka kekuatan geser/TS harus rendah



Ikatan metalurgi yang kuat antara alat iris dgn benda kerja



Senyawa-senyawa yang sangat keras (misalnya : sejumlzh oksida,semua jenis karbida,sebagian senyawa antar logam & unsur-unsur seperti silikon yang ada pada benda kerja bertindak selayaknya alat potong dan akan mempercepat keausan alat.Senyawasenyawa ini sangat merusak bila berbentuk serpihan dengan bagian tepi yang tajam.



Konduktivitas panas yang tinggi bermanfaat untuk mempertahankan agar suhu pemotongan tetap rendah



Benda kerja yang titik leburnya rendah,berarti suhu pemotongannya harus tetap rendah. Dibawah suhu pelunakan alat iris atau suhu reaksinya dengan benda kerja.

8.2. Proses Permesinan Proses pembuatan adalah : proses mengubahan bentuk ataupun sifat dari suatu bahan baku menjadi suatu produk baru yang memiliki kelebihan dalam fungsi, kualitas,keandalan,nilai tukar, estetika dan kelebihan-kelebihan lainnya dibandingkan sebelumnya. Proses manufaktur/manufaktur adalah proses pembuatan yang dilaklukan dalam skala yang besar. Proses manufaktur merupakan salah satu bagian dari proses manufaktur yang cukup kompleks serta melibatkan banyak unsur antara lain : 

SDM


85


Bahan baku



Mesin-mesin



Perkakas/alat bantu



Energi



Waktu



Perancangan dan perencanaan



Laju manufaktur



Biaya



Informasi/nilai-nilai



Permintaan/pasar



Kondisi sosial/politik

Output dari proses manufaktur antara lain : 

Produk /barang jadi atau setengah jadi yang memiliki nilai tambah



Jasa pelayanan yang canggih



Informasi yang canggih



Limbah yang berbahaya maupun yang tidak

Khusus dalam proses merubah bentuk bahan baku logam dapat dikelompokkan dalam dua golongan besar yaitu : 

Proses dengan cara membuang sebahagian bahan baku dalam bentuk serpihan-serpihan (chip) sedemikian rupa sehingga diperoleh bentuk akhir yang diinginkan sesuai dengan fungsi produk yang bersangkutan. Contohnya : proses bubut/turning, proses gurdi (drilling), proses frais (milling), proses gerinda (grinding), proses gergaji (sawing).



Proses tanpa membuang sebagian bahan baku sehingga tidak ada material yang terbuang. Contohnya antara lain : proses tuang (casting), proses rol (rolling), proses tempa (forging), proses ekstrusi (ekstrusion), proses penarikan (drawing) dsb.

High Tech adalah : suatu konsep pemanfaatan hasil pengembangan baru dalam bidang elektro dan khususnya dalam bidang elektronik, bidang pemrosesan data yang mutakhir dan bidang material. Proses Permesinan logam adalah suatu proses pengerjaan pada benda kerja dengan


86

Buku Ajar Proses Manufaktur melakukan pemotongan-pemotongan, dengan membuang sebagian dari benda kerja yang disebut geram sehingga terbentuk benda kerja yang dikehendaki. Pemotongan terjadi akibat adanya tekanan antara pahat dan benda kerja yang menimbulkan geseran-geseran diantara lapisan-lapisan benda kerja sehingga lapisan tersebut terkelupas dan terjadilah geram. Proses pemesinan merupakan proses lanjutan dalam pembentukan benda kerja atau mungkin juga merupakan proses akhir setelah pembentukan logam menjadi bahan baku berupa besi tempa atau baja paduan atau dibentuk melalui proses pengecoran yang dipersiapkan dengan bentuk yang mendekati kepada bentuk benda yang sebenarnya. Baja atau besi tempa sebagai bahan produk yang akan dibentuk melalui proses pemesinan biasanya memiliki bentuk profil berupa bentuk dan ukuran yang telah distandarkan misalnya, bentuk bulat “O”, segi empat, segi enam “L”, “I” “H” dan lain-lain. Bahan benda kerja yang dibentuk melalui proses pengecoran memiliki bentuk yang bervariasi sesuai dengan bentuk produk yang diinginkan. Pembentukan benda kerja melalui proses pengecoran ini telah direncanakan dan dianalisis sedemikian rupa sehingga jika benda kerja menghendaki bentuk akhir melalui proses pemesinan tertentu sebagaimana diinformasikan pada gambar kerja, maka bagian ini telah dipersiapkan. Oleh karena itu Gambar kerja merupakan dokumen penting yang menjadi acuan dalam pelaksanaan proses manufaktur mulai penerimaan bahan baku hingga penyerahan produk kepada pemakai dan sebagai dasar pertanggung jawaban terhadap kualitas dari produk tersebut. Proses pemesinan yang berhubungan dengan pembentukan produk pengecoran memerlukan kecakapan khusus yang berbeda dengan proses pemesinan pada baja dengan bentuk tertentu seperti bulat; segi empat atau segi enam, terutama dalam memegang benda kerja itu sendiri pada mesin perkakas selama proses pemotongan itu berlanjut dimana benda hasil pengecoran memiliki bentuk yang tidak beraturan, serta khusus dalam pekerjaan pembubutan dimana benda kerja akan berputar, keseimbangan putaran juga perlu diperhatikan jika benda tidak berada sesumbu dengan sumbu mesin itu sendiri (Counter balance). Pada proses permesinan logam ini diperlukan bermacam-macam jenis pahat yang disesuaikan dengan macam operasi yang dilakukan, jenis mesin operasi, material benda kerja, dan bentuk benda kerja yang diinginkan.


87

Buku Ajar Proses Manufaktur Berdasarkan jenisnya, pahat dibedakan menjadi dua yaitu :





Pahat bermata tunggal, dipakai pada mesin-mesin bubut dan sekrap



Pahat bermata banyak, dipakai pada mesin frais, mesin gerinda, mesin broaching,dsb

Alat-alat pemotong

Karakteristik alat pemotong / alat iris berbeda-beda sesuai dgn proses yang digunakan, namun sejumlah besar adalah yang umum digunakan. 6.2.1 Bahan-bahan alat potong Secara umum alat iris harus memiliki sifat-sifat yang berlawanan dengan benda kerja,yaitu : 

Alat iris harus lebih keras dibandingkan unsur paling keras dari benda kerja,bukan saja pada suhu ruang tetapi juga pada suhu pengoperasian. Kekerasan dalam kondisi panas / hot hardness yang tinggi akan mencegah terjadinya deformasi plastis, sehingga akan menjamin bentuk alat iris tetap terjaga dalam kondisi yang ekstermyang disebabkan oleh proses pembentukan tatal, juga membantu menghambat keausan. Gambaran tingkat kekerasan dalam kondisi panas terlihat pada tabel 6.1. di bawah ini. Tabel 6.1. Kekerasan bahan-bahan alat iris atau unsur-unsur pembangunnya

(Sumber : Proses manufaktur : Introduction to Manufacturing Process, John.A.Schey, 2009) Program Studi Teknik Industri UWP

88


Katangguhan untuk menghadapi kejutan mekanis/pembebanan impak dalam pemotongan terputus-putus.



Ketahanan saat kejutan termal diperlukan saat terjadi pemanasan dan pendinginan yang cepat dalam pemotongan terputus-putus. Konduktivitas termal yang tinggi memberikan keuntungan karena mampu menjaga agar suhu di wilayah kontak tetap dingin.



Adhesi yang rendah terhadap bahan benda kerja akan mencegah pengelasan setempat. Adhesi yang tinggi diperlukan bila kawasan geser sekunder perlu distabilkan (memerlukan penghalang difusi)



Difusi unsur-unsur pembangun alat iris kedalam bahan benda kerja akan mempercepat keausan ,sehingga kelarutan alat iris dalam bahan benda kerja harus rendah.

Bahan-bahan alat iris paling penting menurut resistansinya : 

Baja karbon : hanya cocok dipaiak untuk memesin bahan-bahan lunak seperti kayu dan hanya pada tingkat manufaktur yang rendah.



Baja kecepatan tinggi / high speed steel (HSS). Sebagian alat iris terbuat dari baja. Ada 2 kelompok utama yaitu : 

Molibden (M1,M2 dst..biasanya dengan 0,8%C,4%Cr,5-8%Mo,0,6%V)



Jenis tungsten (TI dengan 0,7C-4Cr-18W-1V)

Gambar 6.1. Alat iris berkecepatan tinggi (HSS) (Sumber : Proses manufaktur : Introduction to Manufacturing Process, John.A.Schey, 2009)


89


Karbida coran. Bila proporsi karbida sangat tinggi, maka alat iris tak mungkin lagi dikerjakan dalam keadaan panas dan pembentukannya harus dilakukan dengan pengecoran.



Karbida semen / cemented carbide yang dihasilkan dengan teknik metalurgi serbuk saat ini paling dominan



Karbida berpelapis, memiliki permukaan yang sangat kerasdan nonreaktif,bertindak sebagai penghalang difusi namun sekaligus tangguh terhadap patahan sehingga memungkinkan dilakukan pemotongan terputus-putus.



Cermen, merupakan sub kelas dari karbida semen, yaitu keramik yang diikat dengan fasa logam. Banyak digunakan untuk memotong baja dan baja tahan karat, konduktivitas panas yang baik serta kecepatn potong yang tinggi, sering digunakan pada operasi penghalusan dengan kecepatan tinggi dan dalam permesinan komponen-komponen dengan bentuk hampir bersih.



Alat-alat iris keramik, sangat cocok dipakai untuk kecepatan tinggi namun hanya pada beban ringan dan kontinu.



Nitrid Boron Kubus Polikristalin / polycristalline cubic boron nitride (PCBN). Bahan ini tak mengalami keausan difusi saat dipakai memotong bahan berdasar besi.



Intan Polikristaline / polycristalline Diamond (PCD). Bahan paling kleras. Intan telah lama digunakan dalam bentuk kristal-kristal tunggal untuk pengerjaan penghalusan alumunium engan kecepatan tinggi dan bahan non besi lainnya. Intan alami akan cepat rusak dibandingkan kristal tunggal buatan.

Gambar 6.2. Suhu tinggi dalam pemotongan bahan keras pada kecepatan tinggi (Sumber :


90

Buku Ajar Proses Manufaktur Proses manufaktur : Introduction to Manufacturing Process, John.A.Schey, 2009) 8.3. Pembentukan benda kerja dengan mesin bubut/engine lathe Mesin bubut adalah salah satu mesin perkakas yang paling banyak digunakan dibengkelbengkel karena memiliki fungsi yang bervariasi dalam pengerjaan berbagai bentuk benda kerja, seperti membentuk benda bulat, membentuk bidang datar, mengebor, mengulir, membentuk tirus, memotong mengartel, serta membentuk benda-benda bersegi. Hampir semua aspek bentuk benda kerja dapat dikerjakan dengan mesin bubut, bahkan dari benda-benda yang tidak beraturan bentuk bentuk tersebut dapat tercapai melalui berbagai metoda pemasangan benda kerja pada mesin bubut. 8.3.1.Prinsip kerja mesin bubut Benda kerja disayat dengan cara memutar benda kerja dan dikenakan pada pahat yang digerakkan secara translasi sejajar dengan sumbu putar dari benda kerja. Gerakan putar dari benda kerja disebut gerak potong relatif dan gerakan translasi dari pahat disebut gerak umpan/feeding. Kombinasi dari kedua gerakan tersebut akan menghasilkan alur spriral yang tipis sepanjang benda kerja yang berbentuk silindrik. Bila gerak umpannya lambat sekali dibandingkan dengan gerak potongnya, maka akan dihasilkan benda kerja berbentuk silindrik dengan alur spiral yang hampir tak kelihatan. Bila gerak umpannya secara translasi dipercepat dan gerak potongnya diperlambat, maka bentuk alur spiral yang mengelilingi benda kerja silindrik tersebut semakin jelas. Bila alurnya diperdalam maka terbentuklah ulir pada benda kerja berbentuk silindrik tersebut. Setiap mesin memiliki prosedur pengoperasian yang berbeda-beda walaupun bagian-bagian utama dari mesin dihampir semua merek mesin bubut memiliki bagian yang sama, setiap pabrik pembuat mesin berusaha memberikan kemudahan dalam pengoperasian dari mesin yang dibuatnya, sistem palayanan dan pengendalian proses kerja mesin ditempatkan sedapat mungkin ditempat yang mudah dijangkau. Perhatikan salah satu konstruksi dan bagian-bagian utama dari mesin bubut pada gambar 6.1 berikut.


91


Gambar 8.3.Mesin bubut dengan bagian-bagian utamanya (Sumber : Proses manufaktur : Introduction to Manufacturing Process, John.A.Schey, 2009)

Gambar 8.4. Pemegang benda kerja pada mesin bubut. (Sumber : Proses manufaktur : Introduction to Manufacturing Process, John.A.Schey, 2009)


92


Gambar 8.5. Tata nama yang digunakan untuk menggambarkan geometri alat iris atau pahat dengan titik potong tunggal. (Sumber : Proses manufaktur : Introduction to Manufacturing Process, John.A.Schey, 2009) Tabel 8.1. Sudut alat iris dengan titik potong tunggal (Sumber : Proses manufaktur : Introduction to Manufacturing Process, John.A.Schey, 2009)


93


Gambar 8.6. Pembubutan lubang 8.3.2. Facing Facing merupakan pengoperasian untuk sebuah bidang tegak lurus terhadap sumbu mesin bubut yang dihasilkan dengan menggerakkan padat bertitik potong tunggal terpasang pada eretan sedemikian rupa sehingga gerak pengumpanannya mengarah ke senter mesin bubut (gambar 6.6). Kecepatan potong harus dikurangi pada saat alat bergerak ke tengah, kecuali jika kecepatan putar dinaikkan secara terprogram dengan penggerak. Gambar 6.7 merupakan gambar mesin bor vertikal.

Gambar 8.7. Proses facing (Sumber : Proses manufaktur : Introduction to Manufacturing Process, John.A.Schey, 2009)


94


Gambar 8.8. Mesin bubut revolver vertikal CNC (Sumber : Proses manufaktur : Introduction to Manufacturing Process, John.A.Schey, 2009)

Mesin pembuat sekrup otomatis tampak pada gambar 6.9.

Gambar 6.9. Mesin bubut CNC


95

Buku Ajar Proses Manufaktur BAB 9 PROSES DRILLING DAN BORING (DRILLING AND BORING PROCESSES) 9.1 Definisi Proses Drilling 

Drilling process: proses pemesinan untuk membuat lobang bulat pada benda kerja.



Drilling biasanya dilakukan memakai pahat silindris yang memiliki dua ujung potong (disebut drill).



Pahat diputar pada porosnya dan diumpankan pada benda kerja yang diam sehingga menghasilkan lobang berdiameter sama dengan diameter pahat.



Mesin yang digunakan disebut drill press, tetapi mesin lain dapat juga digunakan untuk proses ini.



Lobang yang dihasilkan dapat berupa lobang tembus (through holes) dan tak tembus (blind holes).



Cutting Conditions in Drilling 

Kecepatan potong (cutting speed) pada drilling didefinisikan sebagai kecepatan permukaan terluar dari pahat drill relative terhadap permukaan benda kerja.



v  N DKecepatan potong dapat dihitung dengan menggunakan rumus: dimana, v: cutting speed (m/min), N: rotational speed of spindle (rpm: rev/min). D: the drill diameter.


96




Waktu riil pemesinan (time of actual machining), Tm (min) : 

pada pembuatan lobang tembus (through hole):

Tm  

Tm 

t  A  N  f 

pada pembuatan lobang tembus (through hole):

d N  f



dimana, f: feed rate (mm/rev). Tm: time of actual machining (min). t: work thickness (mm). A: jarak antara sisi terluar pahat drill dg permukaan benda kerja ketika ujung drill mulai menyentuh permukaan. d: kedalaman lobang, : drill point angle. 

Kecepatan pemindahan material (material removal rate), MRR:

 D MRR 

2

 f N 4



dimana, MRR: material removal rate (mm3/min) 

Berbagai proses yang berhubungan dengan Drilling. 

Terdapat beberapa jenis proses yang terkait dengan drilling. Proses ini memerlukan lobang awal yang dibentuk dg drilling, kemudian lobang dimodifikasi.



Beberapa proses tersebut diantaranya adalah: 

Reaming. Digunakan untuk sedikit menambah lebar lobang, menghasilkan toleransi yang lebih baik pada diameternya. Pahatnya disebut reamer, biasanya berbentuk galur lurus..


97


Tapping. Proses ini dilakukan dg pahat tap, untuk membuat internal ulir pada permukaan dalam sebuah lobang.



Counter-boring. Menghasilkan lobang bertingkat, lobang diameter besar diikuti dengan lobang diameter lebih kecil. Digunakan untuk “menyimpan” kepala baut agar tidak menonjol.



Counter-sinking. Serupa dengan counter-boring, tetapi lobang lebar berbentuk kerucut untuk “menyimpan” kepala sekrup bebentuk kerucut.



Centering. Disebut juga center-drilling, digunakan untuk membuat lobang awal sehingga drilling dapat dilakukan pada posisi yang lebih akurat. Pahatnya disebut center-drill.



Spot-facing. Mirip dengan proses milling. Digunakan untuk meratakan permukaan tertentu benda kerja yang menonjol, terutama setelah proses drilling.



Various Types of Drilling


98




Tool Geometry 

Twist drill (drill dg bermata dua) digunakan luas di industri untuk membuat lobang secara cepat dan ekonomis, diameter berkisar 0.15 mm (0.006 in.) ~ 75 mm (3.0 in.).



Badan drill memiliki dua daun spiral (flutes).



Sudut kemiringan sprial daun disebut helix angle, biasanya sekitar 30º.



Saat proses drilling, daun ini berfungsi untuk jalur pengeluaran geram dari lobang. Tebal (jarak) antara daun disebut web.



Ujung twist drill berbentuk kerucut, sudutnya disebut point angle, nilai sekitar 118º.



Desain umum dari ujung drill adalah chisel edge. Chisel edge menyambung dengan dua ujung (mata potong) disebut lips dan menyambung ke daun (flutes).



Permukaan flutes yang berhubungan dengan ujung potong berperan sebagai rake face.



Twist drill biasanya terbuat dari high-speed steel (HSS).



Pembentukan pahat dibuat dg proses casting, kemudan dikeraskan permukaannya dg proses heat treatment sementara bagian dalamnya tetap kuat/ulet. Setelah itu dilakukan proses Grinding untuk mempertajam ujung potongnya.



Mesin Drilling (The Drill Press) Mesin standar untuk drilling disebut drill press. Beberapa jenis drill press: 

Upright drill. Mesin ini ditegakkan diatas lantai, terdiri dari meja untuk meletakkan dan memegang benda kerja, drilling head yang digerakkan oleh spindle untuk memasang pahat drill, serta landasan dan tiang penopang.



Bench drill. Lebih kecil dari upright drill, diletakkan diatas meja atau bangku.


99


Radial drill. Drill press besar yang dirancang untuk melobangi benda kerja besar. Memiliki lengan radial sehingga drilling head dapat digerakkan sepanjang lengan ini untuk menjangkau lokasi yang relatif jauh dari tiang mesin.



Gang drill. Mesin ini terdiri dari 2 – 6 mesin upright drill diatur saling berhubungan dan segaris. Tiap spindle beroperasi sendiri-sendiri, tapi memiliki satu meja kerja. Sehingga satu rangkaian proses drilling (centering, drilling, reaming, tapping) dapat dilakukan secara berurutan dengan hanya menggeser benda kerja tanpa mengganti pahatnya.



Multiple-spindle drill. Mirip dengan mesin gang drill, beberapa spindle dihubungkan bersama untuk membuat berbagai lobang pada satu benda kerja secara bersamaan.



Numerical control drill presses. Mesin ini mampu mengontrol pemosisian lobang pada benda kerja. Sering dilengkapi dengan turrets untuk memegang beberapa pahat drill sekaligus dan dapat dikontrol dengan NC program, sering disebut mesin CNC turret drill.


100




Workholding on a Drill Press Peralatan yg biasa digunakan untuk memegang benda kerja pada mesin drill press antara lain: 

Vise. Adalah alat yang umum digunakan, menjepit benda kerja pada dua sisi berdampingan.



Fixture. Peralatan yg dirancang secara khusus untuk komponen tertentu. Fixtures dirancang untuk mencapai tingkat akurasi pemosisian yang lebih tinggi, tingkat manufaktur yang lebih cepat, dan kemudahan operasi yang lebih besar.



Jig. Mirip seperti fixtures, tapi dilengkapi dengan alat pengarah pahat drill terhadap benda kerja, sehingga akurasi penempatan pahat lebih tinggi.


101




Boring Process 

Boring mirip dg proses bubut. Pahat bermata tunggal diumpankan pada benda kerja yang berotasi. Perbedaannya, boring dilakukan pada permukaan diameter dalam lobang yang sudah ada, dan sering disebut internal turning.



Mesin perkakas yang digunakan sering disebut boring machines or boring mills. Mesin ini ada yang berbentuk horizontal atau vertical, berdasar pada posisi sumbu putar spindle horizontal atau vertical.



Pada horizontal boring, terdapat dua bentuk. Pertama benda kerja diletakkan pada spindel yang berputar, pahat diumpankan pada permukaan dalam benda kerja. Batang pahat harus memiliki kekakuan (stiffness) sangat tinggi agar tidak terjadi defleksi, biasanya dibuat dari cemented carbide. Bentuk kedua, batang pahat diletakkan pada spindle yang berputar, dan benda kerja diumpankan terhadap pahat tersebut. (lihat gambar)



Vertical boring machine (VBM) digunakan untuk benda kerja yang besar dan berat serta membuat lobang berdiameter besar. Biasanya diameter benda kerja lebih besar dari pada panjangnya. Biasanya dilengkapi juga dengan turrets, karenanya


102

Buku Ajar Proses Manufaktur sering juga disebut vertical turret lathe (VTL). 

Boring Machines


103


Referensi. 


















104

Buku Ajar Proses Manufaktur BAB 10 PROSES PENGERJAAN LOGAM PELAT 10.1. Bahan-bahan Pelat Semua paduan siap tempa cocok untuk aplikasi pengerjaan logam pelat, sifat-sifat terpentingnya adalah deformasinya kebanyakan terjadi dalam tegangan tarik, bukan tekan dan sebagian karena banyak komponen dari pelat berukuran besar dan terpapar keluar sehingga penampilannya menjadi perhatian utama. 10.1.1. Baja Banyak baja digunakan dalam kondisi telah digilas panas/hot rolled untuk pelek roda otomotif.komponen-komponen casis,silinder gas bertekanan dll, tetapi banyak pelat baja yang telah digilas dingin. Tabel 7.1 di bawah ini menunjukkan sifat-sifat dari pelat baja pelat yang paling sering digunakan. Tabel 10.1. Sifat Khusus lembaran baja

(Sumber : Proses manufaktur : Introduction to Manufacturing Process, John.A.Schey, 2009) Baja karbon rendah : baja carbon rendah dengan C sampai 0,15% paling banyak digunakan 

Baja rim/rimmed steel. Keuletan yang tinggi dan biaya yang relatif lebih rendah menyebabkan baja ini disukai karena selain bersifat komersil juga baik untuk kualitas


105

Buku Ajar Proses Manufaktur penarikan/drawing quality. Permukaan dengan karbon yang rendah menguntungkan untuk pelapisan email. Ukuran butiran dikontrol dengan penggilasan dingin berat (5070%) 

Baja kil. Baja kil khusus kualitas penarikan / drawing quality special killed (DQSK),terdiri atas carbon dan nitrogen. Baja ini diproses dengan nilai r tinggi



Baja bebas interstisi/interstitial free steel .kandungan carbon berkurang sampai pada titik terendah dan nitrogen diikat dengan memadukan dengan sedikit Nb atau Ti.

Baja kekuatan tinggi. Ukuran yang semakin menipis harus disesuaikan dengan kekuatan yang semakin tinggi, karena itu tuntutan akan penurunan massa telah mendorong dikembangkannya bahan-bahan yang lebih kuat. 

Pelat hasil penggilasan dingin / cooled rolled sheet.



Pelat yang telah dianil sebagian. Keuletan yang lebih besar dikombinasikan dengan kekuatan yang memadai dapat diperoleh melalui penggilasan dingin yang berat diikuti dengan anil pemulihan



Pelat yang telah dianil.penghalusan butir merupakan mekanisme penguatan yang sangat berdaya guna. Penggilasandingin yang berat diikuti dengan rekristalisasi.



Baja yang dapat mengeras karena terpanggang.Baja ini biasanya digilas temper,setelah pembentukan, baja akan mengalami penuaan cepat selama pemanggangan untuk pengecatan,



Baja berfasa rangkap. Kandungan karbon yang lebih tinggi diperlukan untuk perlakuan panas dengan pencelupan dingin dan tempering, berguna dalam baja pegas.



Baja yang telah menerima pengerasan larutan. Larutan padat baja yang diperkleras dengan Mn,P,Si akan lebih mudah mengalami pengerasan regangan.



Baja paduan rendah berkekuatan tinggi/HSLA, makin bnyak digunakan pada struktur kendaraan.

Baja berpelapis, pelapisan dituukan untuk memperbaiki sifat-sifat layanan atau tampilan produk akhir. 

Pelat berpelapis timah. Akan tahan korosi saejauh timah tak tergores dan Sn yang tak beracun cocok untuk pelapis wadah makanan.



Pelat galvanis. Pelapisan seng akan melindungi baja terhadap korosi, dahulu digunakan untuk pembuatan atap, saluran dan aplikasi teknologi rendahyang sejenis, sekarang galvanis menjadi bahan utama bodi mobil dan konstruksi peralatan rumah tangga.


106


Pelat berpelapis timbal/ terne plate. Menahan korosi dalam beberapa media dimana timah atau senga tak mampu memberikan perlindungan. Tetapi karena bercampur dengan Pb, pelat tipis timbal ini terbatas untuk aplikasi nonmakanan.



Pelat berpelapis aluminium. Paduan Al-Fe yang dibentuk pada suhu tinggi akan terlindung dari korosi dengan gas panas, lembaran ini cocok untuk penukar kalor,sistem pembuangan gas otomotif, komponen-komponen pemanggang.



Pelat berpelapis cat. Juga dengan pelapisan polimer (plastik semisal vinil)yang lebih tebal akan lebih menyenangkan. Pengecatan akhir tak diperlukan lagi.

Baja tahan karat/baja austenik. Dengan kemampuan pengerasan regangan yang tinggi dan sifat mampu bentuknya yang baik dan tahan terhadap korosi menyebabkan baja ini dijadikan pilihan untuk memmanufaktur perlengkapan pemrosesan makanan ( bak cuci piring, dapur, penukar kalor,perlengkapan pemrosesan kimia). 10.1.2. Logam-logam non besi Kuningan merupsksn bahan yang paling mudah dibentuk. Dipadukan dengan aluminium yang merupakan bahan konstruksi utama pesawat subsonik dan aplikasi pada mobil (terutama tutup geladak dan kap mobil) 10.2. Pemotongan Geser Langkah pertama merupakan pemotongan pelat atau strip ke dalam bentuk yang tepat yang dilakukan dengan pemotongan geser. Memotong pelat sepanjang garis lurus disebut pemotongan geser / shearing. Pemotongan strip panjang menjadi strip-strip dengan lebar yang lebih sempit antara pisau pisau putar disebut membelah / slitting, sering dilakukan dimana gulungan pelat dengan lebar penuh yang berasal dari mesin giling untuk penggilasan dibelah untuk pengiriman ke pabrik pengerjaan logam pelat. Komponen berkontur (berbentuk lingkaran atau yang lebih kompleks) dipotong diantara pendesak atau penumbuk dengan landasan-landasan bentuk pada sebuah mesin pres disebut blanking. Punching atau piercing adalah proses yang digunakan untuk menghilangkan yang tidak diinginkan dari suatu pelat. Cut-off merupakan proses pemotongan untuk komponen-komponen tunggal atau proses pemisahan yang disebut parting. Nibbling merupakan proses pemotongan pelat dalam bentuk kecil-kecil dan berulang-ulang.


107

Buku Ajar Proses Manufaktur Notching merupakan proses pemotongan pelat pada tepinya, pemotongan lobang sebagian tanpa ada bagian yang dibuang disebut lancing. Produk yang telah mengalami proses penarikan atau pendesakan, bahan lebihnya dipotong disebut proses trimming.Gambar 7.1 di bawah ini adalah klasifikasi umum proses pembuatan logam pelat dan gambar 7.2 adalah proses-proses yang berdasarkan pada pemotongan geser.

Gambar 10.1. Klasifikasi umum proses pembuatan logam pelat (Sumber : Proses manufaktur : Introduction to Manufacturing Process, John.A.Schey, 2009)


108


Gambar 10.2. proses-proses yang berdasarkan pada pemotongan geser. (Sumber : Proses manufaktur : Introduction to Manufacturing Process, John.A.Schey, 2009). 10.2.1.Proses Pemotongan Gambar-gambar (7.3) di bawah ini adalah mekanisme pemotongan logam pelat.

Gambar 10.3. Komponen-komponen terpotong. (Sumber : Proses manufaktur : Introduction to Manufacturing Process, John.A.Schey, 2009).


109

Buku Ajar Proses Manufaktur Kualitas permukaan hasil pemotongan banyak dipengaruhi oleh kelonggaran / clearance antara dua sisi alat pemotong. Dengan kelonggaran yang ketat, retakan-retakan yang bermula dari sisi-sisi potong alat potong tidak akan bertemu satu sama lain sehingga pemotongan kemudian diselesaikan dengan proses penyobekan sekunder, menghasilkan tepi-tepi bergerigi kasar di bagian ketebalan pelat. Kelonggaran yang berlebihan membuat deformasi plastis berlangsung terus-menerus, pemisahan tertunda, dan sirip (duri) yang panjang mencuat keluar pada sisi tepi atas. Setelah malakukan pemotongan geserr ribuan komponen,sisi-sisi potong alat pemotong akan aus, tumpul dan duri-duri dapat terbentuk sekalipu n dengan kelonggaran yang optimum. Tepi duri dengan akar-akar tajamnya akan menciptakan konsentrasi tegangan, efek bahayanya dibuktikan dengan merosotnya elongasi yang diukur dalam uji tarik. Duri-duri tersebut akan memicu retakan selama pembentukan berikutnya. Oleh karena itu memilih kelonggaran yang tepat dan merawat secara teratur merupakan aspek yang sangat penting dari proses ini. Dari pengalaman, kelonggaran yang diambil antara 4-12% dari ketebalan pelat (kelonggaran yang lebih kecil diterapkan untuk bahan yang lebih ulet) 10.2.3. Kualitas Hasil Pemotongan Kebutuhan yang mendasar akan proses pemotongan adalah menghasilkan tepi-tepi hasil pemotongan yang halus, tegak lurus dengan permukaan pelat dan dengan permukaan yang cukup mulus agar komponen-komponen dapat segera digunakan, misalnya roda gigi pada mesin-mesin berbeban ringan dengan toleransi rapat, bagian-bagian yang bersinggungan dalam instrumen. Ada beberapa pendekatan yang dapat diambil, pada sebagian besar pendekatan, sebuah pendesak pengimbang / counterpunch bekerjasama dengan pendesak utama dan sebagai keuntungan tambahan, menghilangkan kelengkungan produk. Gambar di bawah ini (gambar 7.4) adalah pendekatan atau cara-cara untuk menghasilkan komponen-komponen dengan tepi yang halus.


110


Gambar 10.4. Cara menghasilkan kehalusan komponen-komponen. (Sumber : Proses manufaktur : Introduction to Manufacturing Process, John.A.Schey, 2009). Keterangan gambar : 

Perpatahan dapat ditunda dengan memberikan tekanan hidrostatis yang tinggi. Prinsip ini dimanfaatkan dalam proses blanking presisi dan blanking halus. Blankholder atau penahan blank yang dibentuk secara khusus (cincin V, cincin tumbuk) ditekan ke dalam komponen beberapa saat sebelum memulai pemotongan, dengan demikian kawasan deformasi dipertahankan dalam kondisi mampat dan seluruh ketabalan mengalami geseran secara plastis.



Tekanan hidrostatis yang tinggi juga dipertahankan pada pemotongan geser dengan kelonggaran negatif dan komponen benar-benar didorong (diekstrusi) melalui landasan bentuk.



Dalam pemotongan geser dua sisi / counterblanking , pelat di kelem diantara dua landasan bentuk . Pendesak menekan dalam satu arah sampai retakan-retakan muncul dan lkemudian pemotongan diselesaikan dalam arah yang lain.



Komponen hasil blanking konvensional dapat dihaluskan melalui proses yang disebut shaving/finished saved pada sebuah perangkat pemotong/die set dengan kelonggaran ketat. Hal ini serupa dengan pemotongan dengan alat iris yang menggunakan sudut tatal nol (0)



Kualitas hasil pemotongan dapat ditingkatkan dengan pemotongan kecepatan tinggi yaitu bila kecepatan pemotongan malampaui kecepatan perambatan dislokasi pada


111

Buku Ajar Proses Manufaktur logam. Hal ini membutuuhkan kecepatan yang sangat tinggi yaitu sekitar 30 m/detik. Pilihan proses ditentukan oleh karakteristik produk dan kuantitas : 

Lubang-lubang berukuran dan berbentuk standart dapat dibuat pada mesin-mesin pres pemolong / punch press keperluan umum dengan alat-alat pembentuk yang dapat saling ditukarkan. Lubang-lubang yang lebih besar dapat dibuat dengan pemotongan berulang dengan pendesak yang sama atau melalui proses nibling



Geometri yang kompleks dapat diciptakan dalam landasan-landasan gabungan /compound dies dimana sejumlah tepi-tepi pemotong bekerja secara simultan. Gambar 7.5.

Gambar 10.5. Landasan rangkap. (Sumber : Proses manufaktur : Introduction to Manufacturing Process, John.A.Schey, 2009).



Pada landasan-landasan progresif (gambar 7.6) beberapa operasi blanking dan punching dilakukan secara berurutan dengan elemen-elemen landasan bentuk diikat


112

Buku Ajar Proses Manufaktur dengan pelat-pelat landasan biasa, sementara pelat strip diumpankan dalam tahapantahapan yang pasti/terindeksi. Operasi blanking dan punching

sering ada diantara

beberapa langkah pemrosesan yang diambil dalam landasan-landasan bentuk progresif untuk memmanufaktur komponen-komponen yang kompleks.

Gambar 10.6. landasan progresif. (Sumber : Proses manufaktur : Introduction to Manufacturing Process, John.A.Schey, 2009). 

Tingkat manufaktur paling tinggi dihasilkan dalam operasi pelubangan gelinding atau roll pierching, dengan landasan bentuk dan pendesak ditempatkan pada permukaan rol-rol



Untuk kuantitas yang lebih kecil (ratusan buah), biaya pembuatan landasan dapat diperkecil jika rugi-rugi skrap yang besar dapat ditoleransi.



Untuk jangka pendek, l;andasan yang murah adalah yang terbuat dari landasanlandasan mistar baja / steel rule die .



Proses pemotongan geser dasar dapat diterapkan untuk kawat. Batang, penampangpenampang khusus, pipa-pipa sebagai persiapan untuk pengerjaan lanjutan.


113


BAB 11 PROSES FREIS/MILLING (MILLING PROCESSES) 

Definisi Proses Milling 

Milling process adl proses pemesinan dimana benda kerja diumpankan terhadap pahat silindris yang berotasi dan memiliki ujung potong banyak (meski jarang, ada juga yang memakai pahat bermata tunggal, disebut fly-cutter). Sumbu putar pahat tegak lurus dengan arah hantaran (feed). Pahat potong disebut milling cutter dan ujung potong disebut teeth (a tooth). Mesin perkakas yang digunakan disebut milling machine.



Milling adl proses pemesinan terputus (interrupted/intermittent cutting); gigi pahat (teeth) ada saat memotong dan tidak memotong pada tiap putarannya. Proses seperti ini menyebabkan gigi pahat menerima gaya kejut (impact) dan shock panas (thermal shock) dalam satu rotasi. Karenanya bahan dan bentuk pahat harus dirancang untuk mampu tahan.



Peripheral Milling Sumbu putar pahat sejajar dg permukaan benda kerja, pemotongan dilakukan oleh permukaan sisi luar pahat. Beberapa jenis proses ini adalah: 

Slab milling, bentuk dasar peripheral milling; lebar pahat lebih besar dari benda kerja.



Slot milling (slotting), lebar pahat lebih kecil dari lebar benda kerja, membentuk celah (slot) pada benda kerja. Jika pahat sangat tipis dapat digunakan untuk


114

Buku Ajar Proses Manufaktur memesin celah atau memotong benda kerja, disebut saw milling. 

Slide milling, pahat memesin satu sisi benda kerja.



Straddle milling, sama dg side milling, tapi pahat memesin kedua sisi benda kerja. Berdasarkan arah putar pahat, proses dapat dibedakan menjadi:



Up milling (conventional milling), arah gerak gigi pahat berlawanan arah dengan umpan (feed) saat terjadi pemotongan.



Down milling (climb milling), arah gerak gigi pahat searah dengan umpan (feed) saat terjadi pemotongan


115


Face Milling Sumbu putar pahat tegak lurus terhadap permukaan yg diproses. Pemotongan dilakukan oleh ujung potong di permukaan dan sisi luar pahat. Beberapa jenis proses ini: 

Conventional face milling, diameter pahat lebih besar dari pada lebar benda kerja, sehingga dapat langsung memesin seluruh permukaan benda kerja.



Partial face milling, pahat hanya memotong sebagian sisi permukaan benda kerja.



End milling, diameter pahat lebih kecil dari lebar benda kerja.



Profile milling, pahat end mill memotong sisi benda kerja untuk membuat bentuk tertentu.



Pocket milling, pahat end mill digunakan untuk membuat pocket pada benda kerja.



Surface contouring, pahat ball-nose cutter digerakkan memotong benda kerja untuk membentuk profil permukaan tertentu benda kerja. Sehingga dapat membentuk bentuk tiga dimensi. Proses ini banyak digunakan untuk pembuatan ceteakan (dies & molds), disebut juga proses die sinking.



Cutting Conditions in Milling 

Kecepatan potong (cutting speed) pada proses milling didefinisikan sebagai kecepatan bagian ujung pahat terluar relative terhadap permukaan benda kerja.


116




v  N DKecepatan potong dapat dihitung dengan menggunakan rumus: dimana, v: cutting speed (m/min), N: rotational speed of spindle (rpm: rev/min). D: the cutter diameter.



Kecepatan pemakanan (feed rate) f pada milling biasanya diberikan sebagai umpan per mata pahat, disebut chip load, menunjukkan besar geram yang dibentuk oleh tiap ujung potong.



Hubungan antara chip load, f; dan feed rate fr; adalah:

f r  N  nt  f dimana, f : chip load (mm/tooth), fr: feed rate (mm/min), nt: number of teeth on the cutter. 

Waktu riil pemesinan (time of actual machining), Tm (min) : 

pada proses slab milling:

Tm

 L  A  fr

dimana, A diberikan oleh persamaan berikut:

A  d D  d  

Tm 

pada proses face milling :

 L  2 A fr


117

Buku Ajar Proses Manufaktur dimana, A diberikan oleh persamaan berikut:

AO

D 2 untuk kasus (a)

A  O  wD  w  untuk kasus (b) dimana, w: width of cut (mm), d: depth of cut (mm) 

Kecepatan pemindahan material (material removal rate), MRR:

MRR  w  d  f r dimana, MRR: material removal rate (mm3/min) ditentukan oleh luas bidang potong dan feed rate, w: width of cut (mm), d: depth of cut (mm).


118


Milling Cutters



Klasifikasi pahat milling sangat berhubungan dg prosesnya: 

Plain milling cutters. Digunakan pada peripheral atau slab milling. Berbentuk silinder dg beberapa ujung potong, yang biasanya berbentuk melingkar dengan sudut helix (helix angle) untuk mengurangi gaya impak saat mulai pemotongan. Pahat ini disebut helical milling cutters.



Form milling cutters. Digunakan pada peripheral milling dimana ujung potong memiliki profil khusus yang akan diduplikatkan pada benda kerja. Contohnya pada pembuatan roda gigi.



Face milling cutters. Pahat ini dirancang dg gigi yang memotong pada sisi dan keliling luar pahat. Pahat ini dapat dibuat dari bahan HSS dan cemented carbide inserts..



End milling cutter. Berbentuk mirip dg pahat drill, tapi dirancang untuk memotong pada sisi keliling luar pahat. Terdapat pahat end mill dg ujung berbentuk square ends, ends with radii, and ball ends.


119




Types of Milling Machine Mesin milling terdiri dari spindle untuk memutar pahat dan meja untuk meletakkan, memegang, memposisikan, dan mengumpankan benda kerja. Mesin dibedakan atas: 

Horizontal milling machine, memiliki spindel horizontal, dan cocok untuk proses peripheral milling (e.g., slab milling, slotting, side and starddle milling).



Vertical milling machine, memiliki spindle vertical, dan cocok untuk proses face milling, end milling, surface contouring, and die-sinking. Mesin milling dapat juga diklasifikasikan menjadi:



Knee-and-column milling machine, bentuk dasar mesin milling. Dua komponen utama adl column (tiang) utk menopang spindle, dan knee (lutut) utk menopang meja kerja. Meja kerja dapat bergerak pada sumbu x – y – z. Terdapat dua jenis


120

Buku Ajar Proses Manufaktur mesin: universal and ram milling machine. 

Bed type milling machine, dirancang utk produktivitas tinggi. Dibangun dg rigiditas lebih besar dari pada knee-and-column machines, sehingga memungkinkan untuk mencapai feed rates dan kedalaman potong yang lebih besar untuk meningkatkan produktivitas. Meja kerja diletakkan langsung diatas bed mesin. Pahat dipasang di spindle head yg dapat diatur vertical sepanjang column. Ada tiga jenis mesin ini: 

Simplex mills, memakai spindle head tunggal, tersedia jenis horizontal dan vertical.



Duplex mills, memakai spindle head ganda, biasanya diletakkan horizontal pada sisi berlawanan antara bed, untuk melakukan proses bersamaan dalam satu umpan (feeding).



Triplex mills, memakai tiga spindle head dg tambahan diletakkan vertikal diatas bed untuk meningkatkan kemampuan pemesinan.



Planer type milling machines, adl mesin milling terbesar. Bentuk dan konstruksinya mirip dengan mesin planer besar, tetapi pada bagian tool head ditempatkan spindle utk memutar pahat milling, dan benda kerja digerakkan dg kecepatan relatif lambat dibanding kecepatan putar pahat. Mesin ini dirancang untuk memesin benda kerja sangat besar. Meja kerja dan bed berbobot besar dan diletakkan diatas tanah, serta milling head ditopang oleh struktur jembatan melintang diatas meja kerja.



Tracer mill (profiling mill), dirancang agar dapat membuat ulang bentuk benda kerja tak beraturan yang telah dicetak pada suatu template. Jarum perunut (tracing probe) digerakkan secara manual maupun otomatis mengikuti alur pada template, sementara pada saat yg sama milling head memotong dg alur yg sama seperti pada template. Terdapat dua jenis: 

x – y tracing, template bebentuk bidang datar, dan alur profil yang akan dimesin menggunakan kontrol dua axis.

 

x – y – z tracing, probe mengikuti alur 3-dimensi dan dikontrol dg 3-axis.

CNC milling machines, alur pahat dikontrol dg data numerik bukan template fisik. Cocok untuk proses profile milling, pocket milling, surface contouring, dan die sinking, dimana dua atau tiga sumbu meja kerja digerakkan secara simultan dg control numeric bergerak sesuai alur yang diinginkan.


121



122




Machining Centers 

Machining center adl mesin perkakas yg dibuat dg tingkat otomasi tinggi sehingga mampu melakukan berbagai proses pemesinan di bawah kontrol CNC dalam sekali setup benda kerja, dg peran operator minimal.



Beberapa kelengkapan yg menjadikan machining center produktif: 

Automatic tool changing. Penggantian pahat dilakukan secara otomatis dibawah kontrol program NC oleh automatic tool changer (ATC) yg dirancang khusus utk dapat menukar pahat dari spindel mesin dg drum penyimpan pahat. Kapasitas drum ini biasanya 16 - 18 buah pahat.



Pallet shuttles or automatic pallet changer (APC). Alat ini dirancang agar dapat melakukan penggantian benda kerja secara otomatis, dilengkapi dua atau lebih pallet (dudukan benda kerja). Sementara mesin sedang memproses benda kerja diatas pallet yg satu, operator dapat melepas dan memasang benda kerja pada pallet yg lain utk persiapan proses berikutnya.



Automatic workpart positioning. Beberapa mesin memiliki lebih dari tiga axis. Satu axis tambahan biasanya dirancang sebagai rotary table utk memposisikan benda kerja pada sudut tertentu terhadap spindle. Dg rotary table mampu memesin empat sisi benda kerja dalam sekali setup.



Jenis machining centers: 

Vertical machining centers, cocok utk berbagai proses pemesinan terhadap


123

Buku Ajar Proses Manufaktur permukaan rata benda kerja dg kedalaman besar, seperti pembuatan mold dan die. 

Horizontal machining centers, cocok utk benda kerja yg besar dan tinggi yg memerlukan pemesinan sejumlah permukaan. Pallet dpt diputar pd sumbu berbeda dan sudut beragam.



Universal machining centers, dilengkapi dg spindle vertikal dan horizontal sekaligus.



Characteristics of Machining Centers 

Mampu menangani berbagai ukuran dan bentuk benda kerja secara efisien dan ekonomis, dan dg pengulangan toleransi dimensi tinggi, ±2.5 µm (10-4 in.).



Mesin serbaguna, mampu memiliki 6 sumbu gerak linear dan putar, mampu mengganti dg cepat satu jenis produk ke jenis yg lain. Sehingga dapat mengurangi kebutuhan akan berbagai jenis mesin dan menghemat tempat.



Waktu yg diperlukan utk memasang dan melepas benda kerja, mengganti pahat, pengukuran (gauging), dan trouble-shooting dpt dikurangi, sehingga meningkatkan produktivitas, mengurangi kebutuhan buruh (terutama tenaga ahli), dan meminimalkan biaya keseluruhan.



Tingkat otomasi tinggi dan relative berbentuk compact, sehingga operator dapat menangani dua atau lebih mesin sekaligus bersamaan.



Mesin dilengkapi dg alat pengawas kondisi pahat (tool-condition monitoring) utk mendeteksi pahat aus dan patah, dan alat utk kompensasi keausan pahat dan pemosisian.



Pengukuran (gauging) dan inspeksi benda kerja yg diproses menjadi kelengkapan standar untuk mesin machining center modern.


124


Universal Machining Centers



Referensi. 


















125

Buku Ajar Proses Manufaktur BAB 12 PROSES SHAPING, PLANING, BROACHING DAN SAWING (SHAPING, PLANING, BROACHING, AND SAWING PROCESSES) 1. Definisi Shaping & Planing 

Shaping & Planing adl proses yg mirip, keduanya menggunakan pahat bermata tunggal yg digerakkan lurus relatif terhadap benda kerja. Pada proses konvensional shaping & planing, permukaan lurus dan datar dihasilkan. Perbedaannya adl: 

Pada shaping, pahat digerakkan thd benda kerja utk mewujudkan kecepatan potong.



Pada planing, benda kerja digerakkan thd pahat utk mewujudkan kecepatan potong.



Pd proses ini terjadi pemotongan terputus (interrupted cutting) dan pahat mendapat beban impak saat mulai memotong benda kerja. Dan pahat terbatas pada kecepatan relatif rendah.



Shaping 

Mesin yg digunakan utk proses shaping disebut Shaper. Mesin ini terdiri dari sebuah lengan (ram) yg bergerak relative thd tiang (column) utk melakukan gerak pemotongan, dan meja kerja utk memegang benda kerja dan memberi gerak pengumpanan (feed).



Lengan (ram) bergerak ke depan utk memotong dan sambil sedikit terangkat bergerak kembali ke belakang, kemudian bergeser ke samping utk melakukan


126

Buku Ajar Proses Manufaktur pemotongan berikutnya. Besar geseran ke samping ini merupakan besar umpan (feed), satuannya: mm/stroke. 

Mekanisme penggerak ram dapat berupa hydraulic maupun mekanik. Penggerak hydraulic lebih fleksibel utk mengatur panjang stroke dan kecepatan saat stroke ke depan lebih stabil, tetapi memerlukan biaya lebih mahal. Baik penggerak mekanik maupun hydraulic dirancang utk dapat mencapai kecepatan lebih tinggi saat stroke ke belakang (non cutting) dibanding stroke ke depan (cutting), shg dapat lebih menghemat waktu.



Planing 

Mesin yg digunakan utk proses planing disebut Planer. Meja kerja bergerak bolakbalik membawa benda kerja thd pahat potong bermata tunggal. Kecepatan gerak meja kerja ini menentukan kecepatan potong. Mesin planer memiliki konstruksi dan gerakan yg memungkinkan mampu memesin benda kerja lebih besar dibanding mesin shaper.



Mesin planer dapat dikelompokkan menjadi: 

Open side planer (single column planer), memiliki tiang (column) tunggal


127

Buku Ajar Proses Manufaktur menyangga rail melintang tempat dipasang kepala pahat (tool head). Pahat lain dapat juga dipasang dan diumpankan sepanjang tiang vertikal, shg dalam setiap stroke dapat dilakukan lebih dari satu pemotongan. Konfigurasi mesin ini memungkinkan memotong benda kerja yang sangat lebar. 

Double column planer, memiliki dua tiang di dua sisi meja kerja. Tiang ini menyangga rail melintang yg membawa lebih dari satu kepala pahat (tool head). Kedua tiang ini membatasi lebar benda kerja yg dapat diproses.



Broaching 

Broaching adl proses dg pahat bergigi banyak yg digerakkan linear thd benda kerja pada arah sejajar dg axis pahat. Pahat yg digunakan disebut broach, dan mesinnya disebut broaching machine. Kelebihan proses ini adalah permukaan hasil baik, toleransi tinggi, dan bentuk benda kerja dapat bervariasi. Sedang kekurangannya adalah biaya mahal, karena pahat berbentuk rumit.



Dua prinsip utama proses broaching:


128


External broaching (surface broaching), dilakukan pada permukaan luar benda kerja utk membuat bentuk tertentu melintang pada permukaannya.



Internal broaching, dilakukan pada permukaan dalam sebuah lobang dari benda kerja. Sehingga lobang awal harus dibuat lebih dulu untuk memasukkan pahat broach.



Fungsi utama mesin broaching ini adl memberi gerak linear yg presisi pada pahat thd benda kerja yg diam, ini dapat dilakukan dg berbagai mekanisme.



Mesin broaching dapat dibedakan menjadi dua: (a) vertical broaching machine, pahat broach bergerak sepanjang alur vertikal, dan (b) horizontal broaching machine, pahat broach bergerak sepanjang alur horizontal.



Kebanyakan mesin broachig melakukan proses pemotongan dg menarik pahat thd benda kerja. Tetapi mesin yg dinamakan broaching press, melakukan pemotongan dg menekan/mendorong pahat thd benda kerja, hanya digunakan utk internal broaching. Selain itu terdapat mesin continuous broaching machine, dimana benda kerja diletakkan pada belt yg tersambung dan berputar dan digerakkan pada pahat broach yg diam.


129




Broaches 

Pahat broach terdiri dari satu set gigi potong yg berjarak tertentu sepanjang sisi potongnya.



Gigi pahat broach memiliki diameter bertingkat yg paling besar terletak di ujung. Shg saat pahat ditarik thd benda kerja, perbedaan tinggi gigi ini berfungsi memberi umpan (feed) pemotongan. Jumlah bahan yg dihilangkan (MRR) dalam sekali tarik merupakan akumulasi seluruh yg dipotong setiap gigi. Dan kecepatan potongnya (cutting speed) adl kecepatan tarik pahat thd benda kerja.



Bentuk permukaan potong ditentukan oleh bentuk profil gigi (ujung potong) terutama gigi terakhir. Karena bentuknya yg rumit dan digunakan pada kecepatan rendah, pahat broach dibuat dari bahan HSS. Pada proses broaching besi cor tertentu, ujung potong menggunakan bahan cemented carbide dalam bentuk insert.


130




Sawing 

Gergaji (Sawing) adl proses pemotongan celah sempit pada benda kerja menggunakan pahat tipis yg bergerigi disisinya.



Proses ini biasanya digunakan utk memotong benda kerja menjadi dua, atau memotong bagian yg tidak perlu, sehingga disebut juga proses cutoff.



Biasanya proses dilakukan dg menggerakkan bolak-balik pahat gergaji (saw blade) diatas benda kerja yg diam.



Terdapat tiga jenis dasar proses sawing berdasar bentuk pahat: 

hacksawing,



bandsawing, and



circular sawing.


131


Hacksawing, pahat gergaji berbentuk bilah lurus yg digerakkan bolak-balik pada benda kerja. Banyak digunakan utk proses cut-off. Pemotongan hanya dilakukan saat gergaji didorong ke depan.



Pahat disebut hacksaw blade, berupa bilah tipis dg mata gergaji pada sisinya. Proses dilakukan secara manual dan dg menggunakan mesin bertenaga (power hacksaw).



Bandsawing, pahat gergaji berbentuk bilah bergerigi tipis seperti pita yg tersambung melingkar. Gergaji diletakkan pada pulley dan digerakkan berputar kontinu.



Pemotongan dilakukan dg menekan benda kerja pada gergaji yg berputar. Pahat ini dinamakan bandsaw blade.



 

Mesinnya dinamakan bandsaw. Terdapat: 

mesin bandsaw vertikal dan



mesin bandsaw horisontal berdasarkan posisi gerak gergaji.

Vertical bandsaw digunakan utk proses cut-off dan pemotongan profil serta slotting.

Circular Sawing 

Circular sawing, menggunakan bilah gergaji berbentuk roda (roll) yg bergerigi di sisi luarnya. Proses ini sering digunakan utk memotong batang panjang, tabung, dan bentuk-bentuk lain yg memerlukan pemotongan panjang. Mesin circular sawing dilengkapi spindle yg diputar oleh mesin dan mekanisme pengumpan utk menggerakkan benda kerja atau gergaji. Terdapat dua jenis proses yg terkait dengan circular sawing: 

Abrasive cutoff, menggunakan batu gerinda tipis utk melakukan cut-off pada bahan keras yg sulit dipotong dg gergaji biasa.



Friction sawing, menggunakan piring baja tipis yg diputar dg kecepatan sangat tinggi dan ditekankan pada benda kerja, sehingga menghasilkan panas dari gesekan yg menjadikan benda kerja lunak dan terpotong.


132


Referensi. 


















133


BAB 13 PEMROSESAN KERAMIK

13.1. Pendahuluan Keramik pada awalnya berasal dari bahasa Yunani keramikos yang artinya suatu bentuk dari tanah liat yang telah mengalami proses pembakaran.Kamus dan ensiklopedia tahun 1950an mendefinisikan keramik sebagai suatu hasil seni dan teknologi untuk menghasilkan barang dari tanah liat yang dibakar, seperti gerabah, genteng, porselin, dan sebagainya. Tetapi saat ini tidak semua keramik berasal dari tanah liat. Definisi pengertian keramik terbaru mencakup semua bahan bukan logam dan anorganik yang berbentuk padat. Umumnya senyawa keramik lebih stabil dalam lingkungan termal dan kimia dibandingkan elemennya. Bahan baku keramik yang umum dipakai adalah felspard, ball clay, kwarsa, kaolin, dan air. Sifat keramik sangat ditentukan oleh struktur kristal, komposisi kimia dan mineral bawaannya. Oleh karena itu sifat keramik juga tergantung pada lingkungan geologi dimana bahan diperoleh. Secara umum strukturnya sangat rumit dengan sedikit elektron-elektron bebas. Kurangnya beberapa elektron bebas keramik membuat sebagian besar bahan keramik secara kelistrikan bukan merupakan konduktor dan juga menjadi konduktor panas yang jelek. Di samping itu keramik mempunyai sifat rapuh, keras, dan kaku. Keramik secara umum mempunyai kekuatan tekan lebih baik dibanding kekuatan tariknya. Pada tahun 1992 Jepang mentargetkan mesin-mesin mobilnya berbagian keramik sekitar 7-8 Kg sedangkan Eropa antara 1-2 Kg Keramik dinilai dari propertinya. Kegunaan keramik beragam disesuaikan dengan kemampuan dan daya tahannya. Keramik dengan properti elektrik dan magnetik dapat digunakan sebagai

semikoncuktor, konduktor dan magnet. Keramik dengan properti yang

berbeda dapat digunakan pada aerospace, biomedis, konstruksi bangunan, dan industri nuklir. Beberapa contoh penggunaan keramik industri: 

Peralatan yang dibuat dari alumina dan silikon nitrida dapat digunakan sebagai pemotong, pembentuk dan penghancur logam.



Keramik tipe zirconias, silikon nitrida maupun karbida dapat digunakan untuk saluran pada rotorturbocharger diesel temperatur tinggi dan Gas-Turbine Engine.



Keramik sebagai semikonduktor adalah barium titanate (BaTiO3) dan strontium titanate (SrTiO3). Sebagai superkonduktor adalah senyawa berbasis tembaga oksida.


134


Keramik dengan campuran semen dan logam digunakan untuk pelapis pelindung panas pada pesawat ulang-alik dan satelit.



Keramik Biomedical jenis porous alumina digunakan sebagai implants pada tubuh manusia. Porous alumina dapat berikatan dengan tulang dan jaringan tubuh.



Butiran uranium termasuk keramik yang digunakan untuk pembangkit listrik tenaga nuklir. Butiran ini dibentuk dari gas uranium hexafluorida (UF6).



Keramik berbasis feldspar dan tanah liat digunakan pada industri bahan bangunan.



Keramik juga digunakan sebagai coating (pelapis) untuk mencagah korosi. Keramik yang digunakan adalah jenis enamel. Peralatan rumah tangga yang menggunakan pelapisan enamel ini diantaranya adalah kulkas, kompor gas, mesin cuci, mesin pengering.

13.2. Klasifikasi keramik Pada prinsipnya keramik terbagi atas: 

Keramik tradisional Keramik tradisional yaitu keramik yang dibuat dengan menggunakan bahan alam, seperti kuarsa, kaolin, dll. Yang termasuk keramik ini adalah: barang pecah belah (dinnerware), keperluan rumah tangga (tile, bricks), dan untuk industri (refractory). Keramik tradisional seperti porcelain, ubin (keramik lantai) dan tembikar dibuat dari bubuk yang terdiri dari berbagai material seperti tanah liat (lempung), talc, silika dan faldspar.



Keramik modern Fine ceramics (keramik modern atau biasa disebut keramik teknik, advanced ceramic, engineering ceramic, techical ceramic) adalah keramik yang dibuat dengan menggunakan oksida-oksida logam atau logam, seperti: oksida logam (Al2O3, ZrO2, MgO,dll). Sebagian besar keramik industri dibentuk dari bubuk kimia khusus seperti silikon karbida, alumina dan barium titanate. Penggunaannya: elemen pemanas, semikonduktor, komponen turbin, dan pada bidang medis. Keramik dapat pula diklasifikasikan menjadi :



Keramik struktural Keramik struktural, termasuk nitrida, karbida, aluminium oksida/alumina, zirkonium, disebut juga termomekanis karena tahan kejutan termal dan mekanis. Ciri keramik struktural 

memiliki tahanan lebih baik terhadap suhu tinggi (di atas 1000oC),



tahan korosi terhadap lingkungan yang ganas,



bahan keramik kurang rapat jika dibandingkan dengan baja (sekitar setengahnya), hal


135

Buku Ajar Proses Manufaktur ini menjadikannya lebih ringan dari baja, maka keramik sering dibuat untuk mesin mobil, pesawat 

mudah menghalau panas karena daya hantar termal keramik cukup baik, maka keramik juga digunakan untuk sistem pendingin mesin, wadah piranti sirkuit elektronik yang terbuat dari aluminium oksida atau nitrida. Lihat tabel 9.1 Potret dunia keramik struktural. Tabel 13.1 Potret dunia keramik struktural



Keramik elektronik/elektroteknik (fungsional). Keramik fungsional misalnya silikon dalam semikonduktor, kobalt dan zirkonium oksida yang banyak digunakan sebagai sensor. Silikon nitrida banyak digunakan untuk : turbin turbokompresor mesin disel, isolator bagian mesin yang panas


136


Tabel 13.2. Potret dunia keramik fungsional


137


Tabel 13.3. Keramik canggih yang menyerbu industri konstruksi


138


Biokeramik ( bisa tergolong struktural maupun fungsional Biokeramik adalah keramik yang digunakan untuk memperbaiki atau merekonstruksi bagian tubuh yang terkena penyakit atau cacat. Biokeramik itu dapat berupa : 

Kristal tunggal (saffir)



Polikristal (alumina atau hidroksiapatif)



Gelas



Gelas keramik



Komposit (baja-stainless-gelas yang diperkuat serat atau polietilen-hidroksiapatit)

Pengelompokan biokeramik : 

Biokeramik bioinert, misalnya alumina, zirkonia



Biokeramik terserap ulang yaitu trikalsium fosfat



Biokeramik bioaktif, misalnya hidroksiapatit, gelas bioaktif, gelas keramik



Biokeramik berpori untuk penumbuhan dalam jaringan, misalnya logam terlapis hidroksiapatit, alumina.

Yang sedang trendi adalah penggunaan biokeramik sebagai implantasi untuk memperbaiki bagian tubuh, biasanya jaringan keras sistem otot-rangka, disamping pelapis karbon yang dipakai untuk katup jantung. Respon yang mungkin terjadi pada kasus kesehatan adalah : 

Bila bahan biokeramik itu beracun, jaringan disekitarnya akan mati



Bila bahan tak beracun dan tak aktif biologis akan terbentuk jaringan serat bertebal aneka ukuran.



Bila bahan tak beracun dan aktif-biologis (bioaktif), akan terjadi ikatan antar muka



Bila

bahan

tak

beracun

dan

melarut,

jaringan

hidup

disekitarnya

akan

menggantikannya. Ke-4

macam

respon

tersebut

memungkinkan

berbagai

cara

untuk

melekatkan/mempertautkannya dengan sistem otot-kerangka. Tabel 9.4 di bawah ini adalah mekanisme pertautan biokeramik dengan jaringan tubuh manusia.


139

Buku Ajar Proses Manufaktur Tabel 13.4 Mekanisme pertautan biokeramik

13.2. Proses Pembentukan Keramik 13.2.1 Proses membuat bubuk Lempung merupakan bahan mentah keramik terpenting bagi produk keramik tradisional. Lempung berciri khas bagi teknik bentukan keramik. Bentukan dari bubuk berkaitan dengan jumlah lempung terhadap air. Idealnya terdiri dari 70% butiran kasar dan 30% butiran halus. Biasanya bubuk diproses basah. Bubuk diaduk basah sehingga tercampur merata serta berkurang ukuran partikelnya, air dihilangkan secukupnya. Gambar 9.1 di bawah ini adalah proses basah membuat bubuk


140


Gambar 13.1 di bawah ini adalah proses basah membuat bubuk Untuk membuat komponen kecil dan rumit pada penggunaan teknik/rekayasa serta elektronik, maka digunakan proses pengempaan. Pengempaan kering ialah pemampatan sehingga volume lebih kecil dengan bantuan tekanan sehingga terjadilah jejalan partikel dan terbentuk ikatan partikel. Proses kempa kering dimulai dengan : 

mengisi rongga die dengan bubuknya, lalu diberi tekanan dari desakan kempa atas dan bawahnya.



Setelah dikempa, produk dipindahkan dan proses pengisian berulang. Setelah pemurnian, sedikit wax (lilin) biasanya ditambahkan untuk meekatkan bubuk

keramik dan menjadikannya mudah dibentuk. Plastik juga dapat ditambahkan untuk mendapatkan kelenturan dan kekerasan tertentu. Bubuk tersebut dapat menjadi bentuk yang berbeda-beda dengan beragam proses pembentukan (molding). Proses pembentukan ini diantaranya adalah slip casting, pressure casting, injection molding, dan extruction. Setelah dibentuk, keramik kemudian dipanaskan dengan proses yang dikenal dengan nama densifikasi (densification) agar material yang terbantuk lebih kuat dan padat. 

Slip Casting. Slip Casting adalah proses untuk membuat keramik yang berlubang. Proses ini menggunakan cetakan dengan dinding yang berlubang kecil dan memanfaatkan daya kapilaritas air. Adonan dituangkan ke cetakan (yang terbuat dari plester Paris) berpori agar air hilang dan bubuknya

memampat. Biasanya digunakan untuk membuat bentuk

kompleks besar, misalnya peralatan toilet atau bila jumlah komponen yang dibuat tidak terlalu banyak. Lihat gambar 13.2.


141


Gambar 13.2. Slip casting untuk membuat barang keramik 

Pressure Casting. Pada proses ini, bubuk keramik dituangkan pada cetakan dan diberi tekanan. Tekanan tersebut membuat bubuk keramik menjadi lapisan solid keramik yang berbentuk seperti cetakan. Jigger dilakukan untuk membuat alat-alat makan, dengan cetakan putar untuk membentuk satu permukaan sedangkan permukaan lainnya terbentuk oleh putaran massa plastiknya sendiri pada piranti lengkung. Cara ini digunakan untuk membuat mangkuk, piring dsb. Lihat gambar 9.3.

Gambar 13. 3. Bagan piranti jigger 

Injection Molding. Proses ini digunakan untuk membuat objek yang kecil dan rumit. Metode ini menggunaan piston untuk menekan bubuk keramik melalui pipa panas masuk ke cetakan. Pada cetakan tersebut, bubuk keramik didinginkan dan mengeras sesuai dengan bentuk cetakan. Ketika objek tersebut telah mengeras, cetakan dibuka dan bagian keramik dipisahkan.



Extrusion. Extrusion adalah proses kontinu yang mana bubuk keramik dipanaskan didalam sebuah tong yang panjang. Terdapat baling-baling yang memutar dan mendorong material panas tersebut kedalam cetakan. Karena prosesnya yang kontinu, setelah terbentuk dan didinginkan, keramik dipotong pada panjang tertentu. Proses ini digunakan untuk membuat


142

Buku Ajar Proses Manufaktur pipa keramik, ubin dan bata modern. 9.2.2.Densifikasi Proses densifikasi menggunakan panas yang tinggi untuk menjadikan sebuah keramik menjadi produk yang keras dan padat. Setelah dibentuk, keramik dipanaskan pada tungku (furnace) dengan temperatur antara 1000 sampai 1700 C. Pada proses pemanasan, partikelpartikel bubuk menyatu dan memadat. Proses pemadatan ini menyebabkan objek keramik menyusut hingga 20 persen dari ukuran aslinya. Tujuan dari proses pemanasan ini adalah untuk memaksimalkan kekerasan keramik dengan mendapatkan struktur internal yang tersusun rapih dan sangat padat. Agar air verlebih bisa dihilangkan , maka air harus dihilangkan. Ada beberapa jenis air pada keramik yatiu : 

Air suspensi dari slip casting



Air antar partikel dari bentukan plastik



Air pori antarpartikel setelah pengerutan



Air terjerap atau terabsorbsi pada partikel Proses pengeringan akan disertai pengerutan serta pemampatan, juga menambah

kekuatan karena air terbagi bersama. Pembakaran atau sintering memampatkan bubuk keramik menjadi massa koheren. Permukaan mengecil, volume berkurang (rterjadi pengerutan), bertambah kuat pula produknya karena butiran-butiran saling lebur menyatu. Sintering merupakan perpindahan bahan untuk mengurangi porositas. Mekanisme yang terlibat pada sintering yaitu : 

Aliran kental atau aliran plastik



Penguapan dan pengembangan (kondensasi)



Pelarutan dan pengendapan

Pemampatan merupakan akibat peleburan dan berkurangnya porositas (lihat gambar 9.4)

Gambar 13.4 Pemampatan karena leburan dan pengurangan pori Pengerutan disertai pertukaran bahan dan karena saling merekat maka akan bertambah kuat.


143

Buku Ajar Proses Manufaktur Gambar 13.5 di bawah ini adalah grafik daur pembakaran keramik.

Gambar 9.5. Daur pembakaran keramik 13.2.3 Bentukan dari leburan Kurva pendinginan ialah grafik yang menggambarkan perubahan suhu sebagai fungsi waktu bagi bahan tertentu. Gambar 9.6 adalah kurva pendinginan bahan kristal dan bukan kristal.

Gambar 13.6 adalah kurva pendinginan bahan kristal dan bukan kristal. Bahan kristal di saat mendingin dari keadaan eleh akan berada pada titik suhu tetap untuk beberapa saat. Terdapat fasa cair dan padat. Bila setimbang, bahan tidak dapat didinginkan sampai seluruh cairan berubah menjadi padatan dan sebaliknya. Bahan non kristal atau gelas, tak ada patahan pada kurva. Jadi tak jelas kapan terjadi perubahan cair-padat. Kondisi ini merupakan kondisi dalam keadaan gelas. Jadi gelas adalah bentuk cairan supradingin. Gelas dapat dibuat dengan berbagai cara yaitu :


144


Kempaan : pembuatan alat makan



Hembusan : pembentukan botol



Roll dan tarik : lembaran sampai serat dengan tebal/ukuran tertentu

Dalam membuat lembaran, agar sungguh datar maka ditempuh proses flotasi pilkington yaitu lelehan gelas diapungkan pada timah lebur. Agar lebih kuat, kmaka gelas dilakukan pengkondisian termal yaitu : 

Annealing : penghilangan tegangan termal yang ada karena pada pembentukan dilakukan pendinginan cepat. Tegangan dihilangkan dengan sedikit memanaskan gelas, lalu mendinginkannya pelan-pelan.



Tempering : memberikan tegangan permukaan kempaan dengan quenching cepat, setelah annealing yang menghilangkan tegangan tak terkontrol. Agar barang yang diberi lakuan tempering dapat pecah, tegangan kompresif harus dilalui. Bila hal itu terjadi, peluruh gelas pecah berkeping-keping seketika. Misalnya pada kaca mobil.



Pengaturan kimia. Pelapisan dengan zat kimia untuk memperkuat tegangan gelas. Lapisan ini sangat tipis sehingga tak mempengaruhi kebeningannya.



Defitrifikasi. Bertujuan untuk meningkatkan kekuatan gelas dengan pengontrolan kristal, ukuran butiran dan derajat kristalisasinya.

13.2.4 Pelapisan/Coating Pelapisan enamel porselen adalah pelapisan gelas pada bahan basis logam. Lapisan gelas menempel pada lapisan oksidasi yang terjadi saat pembakaran logam. Koefisien muai termal enamel porselen agak lebih rendah daripada logam sehingga coating akan kompresif pada suhu kamar. Enamel porselen merupakan bahan yang keras dan tegar, tahan aus, bahan kimia dan isolator. Biasanya digunakan untuk kebutuhan rumah tangga, arsitektur dan industri. Logam yang dapat dienamel termasuk baja karbon rendah, baja stainles, alloy aluminium tahan panas, logam mulia (tembaga, emas,perak) Glazur adalah coating gelas atas bahan basis keramik. Ini untuk menghaluskan permukaan akibat butiran-butiran polikristal. Plating nyala akan menghasilkan lapisan oksida, karbida dan nitrida dengan memasukkan bubuk nyala amat panas. Bahan meleleh dan disemprotkan ke permukaan, lalu memadat. Lapisan ini berpori tapi amat keras. Penggunaannya terutama untuk permukaan anti aus. Deposisi uap merupakan pelapisan permukaan dengan melelehkan bahan dan membiarkan uapnya membentuk lapisan stabil, rapat mampat.


145


BAB 14 PEMROSESAN PLASTIK 14.1. Klasifikasi Kebanyakan proses cocok untuk membuat banyak produk dari barbagai macam plastik, karena itu, penggolongan berdasarkan proses lebih relevan daripada berdasarkan produk atau bahan. Gambar 10.1 di bawah ini menunjukkan rangkaian pemrosesan plastik.

Gambar 14.1. Rangkaian pemrosesan plastik (diadaptasi dari J.A.Schey, ASM Handbook, Vol 20, Material Selection and Design,ASM International, dengan izin)


146

Buku Ajar Proses Manufaktur Sesuai dengan logika yang dipakai dalam pemrosesan logam, proses pembuatan plastik akan dibahas menurut urutan suhu pemrosesan yang disusun menurun. Penting untuk diperhatikan bahwa dalam banyak kejadian sebuah produk plestik mungkin telah mengalami serangkaian tahapan pemrosesan. Pengertian mengenai istilah ini cukup luas, karena itu kita akan mengikuti klasifikasi yang didasarkan pada prinsip-prinsip fisiknya, bukan nama-nama prosesnya. 14.2. Pengecoran Istilah pengecoran akan digunakan disini untuk menggambarkan proses pengisian cetakan dengan menggunakan gaya gravitasi. Olah karena itu, bahan harus memiliki viskositas yang cukup rendah supaya dapat mengalir dengan bebas. Hal ini dapat dicapai dengan bebarapa cara yaitu : 

Termoplastik dapat dipanaskan pada suhu di atas Tm (plastik leburan-panas) dan dicor ke dalam cetakan. Dalam satu varian, komponen-komponen dari nilon yang memiliki berat molekul tinggi, sangat kristalin, dan karenanya kuat, seperti roda gigi dan bantalan, dapat diperoleh dengan meleburkan atau mencairkan monomer, menambahkan katalis dan aktivator, dan menuangkan hasil pencetakan ini ke dalam cetakan.



Resin cair dapat berupa monomer (misalnya resin epoksi) atau polimer rantai pendek (misalnya poliester tahap A atau B atau termoset fenolik). Jika polimer ini digunakan untuk meletakkan satu unsur bagian pada tempatnya, disebut potting, sedangkan jika polimer ini menyelimuti suatu unsur bagian secara menyeluruh disebut sebagai pembungkusan / encapsulation. Dalam semua kejadian, ketiadaan kelembaban merupakan hal yang penting dan gas harus dikeluarkan dari cairan dengan perlakuan vakum dan harus tetap dijaga agar tetap berada dalam larutan dengan cara pemberian tekanan selama proses polimerisasi. Cetakan dapat dibuat dari bahan logam, kaca dan plastik yang kaku ataupun lentur. Bahan dari plastik ini dapat dikelupas dari coran sehingga memungkinkan diperoleh bentuk-bentuk yang kompleks dan bentuk dengan pemotongan bawah. Penyusutan dapat bermasalah, khususnya akrilik, yang menyusus sangat besar selama polimerisasi dan dapat menimbulkan lipatan-lipatan di bagian permukaan.



Polimerisasi berlangsung melalui proses pemanasan. Waktu pemrosesan akan lebih singkat bila pengecoran dilangsungkan ketika bahan dalam rupa “sirup” yang telah terpolimerisasi sebagian.



Yang sangat penting diantaranya adalah pengecoran plastisol, khususnya PVC yang lentur. Plastisol adalah suspensi partikel-partikel PVC dalam plastisizer, plastisol mengalir seperti


147

Buku Ajar Proses Manufaktur cairan dan dapat dituangkan ke dalam cetakan yang telah dipanaskan. Ketika dipanaskan hingga suhu sekitar 1770C, plastik dan plasticizer akan saling melarutkan satu dengan lainnya. Akibat pendinginan cetakan pada suhu di bawah 600C, akan dihasilkan produkproduk plastik permanen yang lentur. Pengecoran lumpur / slush digunakan secara luas untuk produk-produk berbahan tipis seperti sepatu bot salju, sarung tangan dan boneka. 

Larutan (sirup, seperti polimer akrilik yang dil;arutkan dalam monomer akrilik) dan organisol (yang di dalamnya polimer dilarutkan dalam pelarut yang dapat menguap) juga dapat diproses melalui pengecoran. Untuk itu larutan polimer, khususnya PVC, dituangkan di atas sabuk baja tahan karat yang bergerak (pengecoran selaput dengan pelarut). Melalui metode pemusingan basah / wet spinning, karet dibentuk dengan cara melewatkan larutan melalui landasan bentuk dengan banyak lubang yang stasioner (dari tradisi indutri textile disebut spinneret. Karena jalur difusi yang pendek, pelarut dengan mudah dapat dihilangkan dengan cara pemanasan dan dapat disirkulasikan kembali. Sejumlah besar serat selulosa asetat, selulosa triasetat dan poliakrilonitril dibuat dengan cara ini.



Pencetakan dengan putaran / rotational molding , disebut juga rotomolding , merupakan varian dari pengecoran lumpur / slush casting. Sejumlah polimer (berupa cairan atau serbuk) dimasukkan ke dalam cetakan logam berdinding tipis dan cetakan tersebut dipanaskan sambil diputar mengelilingi dua sumbu yang saling tegak lurus ( lihat gambar 10.2). Termoplastik (misalnya PE,nilon atau polikarbonat) akan lebur atau mencair, sementara termoset mengalami polimerisasi. Cetakan didinginkan dan komponen dilepaskan. Untuk meningkatkan laju manufaktur, korsel berlengan 3 / three-arm carousel sering digunakan, masing-masing satu cetakan untuk setiap posisi, yakni pemuatan dan pelepasan, pemanasan dan pendinginan. Karena tidak melibatkan tekanan, maka cetakannya lebih sederhana.Komponen-komponen yang dihasilkan bebas dari tegangantegangan akibat pencetakan. Proses ini cocok untuk membuat komponen-komponen yang besar, berdinding relif tipis, dan berongga (terbuka ataupun tertutup). Bahkan benda-benda yang berukuran sangat besarpun dapat dibuat (misalnya container berkapasitas 80.000 liter) . Teknik ini juga cocok digunakan untuk plastisol.


148


Gambar 14.2. Rotomolding menghasilakn produk-produk berongga dengan cara memutar cetakan mengelilingi dua sumbu yang saling tegak lurus, tiga stasiun untuk mempercepat manufaktur 14.3. Pemrosesan (pencetakan) leburan Kebanyakan plastik terlalu viskos, bahkan pada suhu tinggi sekalipun, untuk mengalir dibawah pengaruh gaya gravitasi dan istilkah pemrosesan leburan mengacu oada teknik dimana polimer dideformasi dengan bantuan pemberian tekanan. Teknik ini dapat digunakan untuk termoplastik maupun termoset. Proses ekstrusi menghasilkan bentuk batang, tabung, pelat tipis, atau selaput ( hasil akhirnya sama denga ekstrusi logam ); proses pencetakan menghasilkan produk akhir (dan ekuivalen denagn pengecoran cedtak tekan atau penempaan panas pada logam). Meskipun proses ini berkaitan dengan proses logam yang telahdibahas pada logam sebelumnya, tetapi terdapat perbedaan-perbedaan yang signifikan pada sifat-sifat plastik. 14.3.1 Prinsip prinsip pemrosesan leburan Berdasarkan definisinya, plastik adalah bahan yang memiliki kemampuan berperilaku sebagai aliran viskos. Termoplastik harus dipanaskan pada suhu diatas Tm unruk memperoleh polimer kristalin. Bentuknya yang tetap diperoleh dengan mendinginkannya pada suhu dibawah Tg (atau, untuk polimer yang sangat kristalin, dibawah Tm ). Berklaitan denga logam, ada dua hal yang perlu dicermati: pertama, metode khusus untuk menghasilkan dan memindahkan bahan yang vskos dapat diterapkan dan, kedua, efek viskoelatis dapat emnyebabkan perubahan bentuk hasil pencetakan.


149


Bahan awal biasanya berupa serbuk, butiran atau biji, untaian-untaian tercacah, serpihan plat, atau dalam kasus bahan hasil daur ulang, berupa potongan-potongan pendek (hasil penggilingan ulang) dan, kadang-kadang, skrap-skrap yang dipadatkan (compacted scrap) pemindahan dan penggabuangan dapat dilakukan dengan menggunakan ulir. Supaya terbebas dari gelembung udara, plastik harus bebas dari air. Pemanasan dapat diberikan sebagian eksternal dan sebagian internal (dengan mengubah bentuk usaha yang dihasilkan oleh geseran viskos kebentuk panas). Suhu yang terlalu tnggi dapat menyebabkan kerusakan yang bersifat permanen. Misalnya, PMMA kan mengalami depolimerisasi dan membentuk monomer yang mengandung gelembunga udara; PVC membutuhkan zat-zat penstabil, PE dan PS cenderung menjadi kurang lentur; bahan yang lain ( seperti poliasetat dengan PVC ) bahkan dapat membentuk campuran yang mudah meledak.



Perubahan volume yang substansial pada saat pendinginan (gambar 13.5a) menunjukan terjadinya penguranga volume bebas akibat penyusustan ulang molekul-molekul dan pembentukan ikatan sekunder. Oleh karena proses ini merupakan proses yang bergantung pada waktu , maka penyuustan akan semakin meningkat pada pendinginan yang lebih lambat (suhu leburan yang lebih tinggi) menu8runya tekanan dan waktu deformasi yanbg lebih singkat ( laju regangan yang lebih tinggi ).



Pembekuan yang cepat juga berarti orientasi molekul-molekul yang tergabung dalam ikatan akan terkendala orientasi ini dapat dilayakkan apabila moleku-molekul tersebut diatur sejajar dengan arah tegangan layanan maksimum, namun hal ini dapat menyebabkan distorsi dalam penggunaannya. Distorsi ini dapat diminimalkan apabila molekul-molekul tersebut diberi waktu untuk menjalin ikatan kembali sebelum membeku. Sayangnya, tindakan-tindakan yang dapat dilakukan untuk mengurangi distorsi juga berakibat pada meningkatnya penyusutan, karena itu lipatan-lipatan pada permukaan sering kali terlihat pada permukaan yang lebih tipis. Terlebih lagi, karena bagian yang lebih tipis ini lebih lambat menjadi dingin, maka molekul-molekul di sebelah dalam kulit yang telah membeku memiliki lebih banyak waktu untuk menjalin ikatan kembali sehingga akan menyebabkan terjadinya tegangan-tegangan sisa. Termoset telah kita lihat pada gambar 13.3 bahwa, sebelum membentuk rantai melalui

hubungan silang (yakni pada tahap A atau tahap B), polimer termoset dapat mengalir dibawah tekanan. Polimer-polimer ini mungkin berbentuk bulat-bulat, dan kemudian dapat diberi perlakuan seperti serbuk atau dapat diubah menjadi termo plastik melalui pemanasan.


150

Buku Ajar Proses Manufaktur Oleh karena itu, teknik pemprosesannya sama dengan yang digunakan untuk termoplastik. Akan tetapi, tetap ada perbedaan utama: bila termoplastik didinginkan untuk menetapkan bentuknya, termoset tetap harus berada dalam cetakan yang dipanaskan untuk waktu yang cukup lama demi terjadinya

polimerisasi dan pembentukan hubungan silang

(cross-linking). Beberapa polimer dapat dikeluarkan dari cetakan begitu sudah berbentuk dan kemudian kondisi hubungan silang sepenuhnya diperoleh selama proses pendinginan atau penyimpanan dalam opven yang terpisah. Disaat lain, hubungan silang segera dimulai ketika pemanasa; karena itu prapolimer harus dimasukan ke dalam cetakan yang dingin dan cetakan tersebut harus diberi perlakuan panas dengan siklus pemanasan dan pendinginan, sehingga untuk setiap komponen yang dihasilkan memerlukan waktu yang sangat lama. 14.3.2 Ekstrusi Ekstrusi merupakan proses yang digunakan dalam volum manufaktur terbesar karena tidak hanya digunakan untuk memperoleh bentuk batang, pipa, pelat, dan selaput tipis dari bahan termoplastik, namun juga digunakan untuk pencapuran secara cermat segala macam plastik dan untuk memmanufaktur bentuk-bentuk butiran. Ram extrusion (ekstrusi penggunaan batang peluncur) (mirip dengan gambar 9.28b) terbatas hanya untuk kasus-kasus khusus (semisal ekstrusi PTFE); perbedaan utama yang pertama bila dikaitkan dengan ekstruksi logam adalah pada penggunaan ekstruder kulir (screw exstruder). Ekstruder Ulir

bentuk dasar peralatan ini cukup standar (gambar 10.3). polimer

diumpankan melalui corong (hopper) ke dalam tong (barrel), dimana ulir miring akan membawa polimer ke ujung cetakan. Ulir memiliki tiga bagian: bagian pengumpanan memiliki diameter dasar yang konstan ( kedalaman pengaliran yang konstan membawa biji atau butiran-butiran dari corong pengumpanan dan mengalirkany ke bagian pemampatan

(begian peleburan,

bagian transisi) dimana ukuran penampang lintang yang berangsur-angsur mengecil akan memampatkan butiran-butiran yang telah dilunakan. Gesekan viskos biasanya akan memunculkan panas yang cukup sampai pada suhu yang dibutuhkn polimer ;

tong dapat

dipanaskan secara eksternal untuk mengganti hilangnya panas atau tong ( atau ulir ) dapat didinginkan untuk menghindari panas yang terlalu tinggi. Pada akhir bagian cairan viskos diteruskan ke bagian penyeragaman. Bagian ini, seperti halnya bagian pengumpanan, memiliki penampang lintang bebas yang konstan namun lebih kecil. Disini leburan dipanaskan lebih lanjut dengan geseran pada kecepatan tinggi.


151


Gambar 14.3. Resin termoplastik yang dimuat ke dalam ekstode ulir, dimampatkan,dilebur,dan diekstrusi melalui sebuah landasan bentuk atau cetakan. Ketika keluar dari landasan bentuk, hasil ekstrusi didinginkan dan pembengkakan pada landasan bentuk dikurangi dengan menariknya melalui pelat untuk menentukan ukuran di bawah tekanan yang terkontrol (a). Ulir memiliki kedalaman pengaliran h dan sudut puncak (b) Rancangan ulir merupakan hal yang penting. Sudut puncak ulir biasanya 17,50, tetapi bisa lebih tinggi untuk beberapa plastik. Rasio kompresi ulir ( perbandingan antara luas bebas pada awal dan akhir uliran, biasanya berkisar antara 2:1 hingga 4:1) dan panjang ( atau lebih tepatnya, rasio panjang terhadap diameter, biasanya berkisar antara 16:1 hingga 32:1) dipil secara tepat dengan pertimbangan jenis polimer. Polimer yang peka terhadap panas (misalnya PVC) diekstrusi dengan gesekan minimum, sebaliknya polimer dengan titik lebur yang tinggi ( seperti nilon) membutuhkan bgian penyeragaman yang panjang dan bagian kompresi yang pendek. Agar pengoperasian ini berhasi, maka suhu (pemanasan dan pendinginan) , tekanan balik ( back pressure), kecepatan ulir, laju injeksi, dan sebagainya harus dikontrol dengan ketat. Pengendalian suhu sepanjang tong menjadi semakin penting jika rancangan ulir yang digunakan adalah untuk berbagai jenis plastik. Ulir dapat pula dibuat dalam dua bagian, yang memungkinkan terjadinya pelonggaran (dekompresi) dpertengahan tong sehingga gas dapat dilepaskan dan kemudian tekanan dibangun kembali. Untuk menghindari adanya polimer yang tidak lebur atau kotoran yang tidak terjebak dalam proses ekstrusi, sebuah screen pack ( kassa kawat yuang berkualitas baik) ditempatkan dalam aliran polimer. Ini didukung oleh pelat pemecah yang meningkatkan proses


152

Buku Ajar Proses Manufaktur pencampuran dan homogenisasi dan mengalir melalui pelat pemecah yang menghinglakn “ kesan lanjutan” dari leburan. Aliran plastikl kemudian disatukan kembali sebelum mamasuki cetakan; Suhu harus cukup tinggi untuk memastikan terjadinya kontinuitas sempurna. Tekanan saat memasuki tekanan adalah 1,5 – 15 (terkadang, mencapai 70) Mpa. Ekstruder ulir ganda dan multipel lebih sesuai untuk bahan yang peka terhadap panas, seperti PVC yang kaku, karena ekstruder jenis ini lebih tidak bergantung pada geseran dan seretan dalam memindahkan bahan : ulir-ulir yang berpasangan (itermeshing screws) akan memberikan alran yang positif dngan geseran minimum. 14.3.3 Proses-proses khusus 

Koekstrusi : yaitu peluang untuk menyatukan dua atau lebih aliran leburan plastik yang berbeda. Misalnya : pelat, selaput, profil dan bentuk-bentuk pipa, produk-produk dalam kemasan makanan, sati lapisan berfungsi sebagai pemisah antara minyak dan air, dan lapisan lainnya memiliki kualitas yang dapat kontak dengan makanan, dan isolator kawat diekstrusi dengan kalkir-kalkir berwarna.



Penggilasan : termoplastik dialirkan secara langsung dari ekstruder ke mesin penggilas (disebut calender) yang terdiri atas banyak rol. Celah (ni) pada rol pertama berperan sebagai pegumpan dan meyebarkan plastik ke dalam arah melebar. Celah pada rol ke dua berperan sebagai penyeragam, dan celah yang ke 3 mengatur ukuran polimer yang diinginkan secara bertahap yang kemudian digulung ke sebuah tromol dengan peregangan yang terkontrol. Pengiilasan / calendering merupakan proses dengan kecepatan manufaktur tinggi (biasanya 100 m/menit), memmanufaktur pelat atau selaput berukuran lebar hingga 3 m. Proses ini hanya menimbulkan sedikit geseran bila dibandingkan dengan ekstrusi pelat secara langsung dan biasanya digunakan untuk PVC yang lentur (termasuk lapisan kertas dan kain, untuk selotif, kain pelapis, jas hujan, gorden kamar mandi dsb) dan PVC yang kaku (nampan, kartu kredit, plastik laminasi dsb). Beberapa ABS juga dibentuk melalui proses ini. Penggilasan merupakan proses yang penting dalam pembuatan produkproduk elastomerik (karet) untuk pembentukan lanjutan menjadi komponen-komponen produk akhir seperti sabuk dan ban.



Pembentukan langsung : rol-rol atau sabuk-sabuk ganda bergerigi dapat digunakan untuk pembuatan pola bergelombang, pembentukan dengan vakum (gambar 10.4), pembuatan bentuk berkerut.


153


Gambar 14.4 Pelat dan foil yang lebar dapat dihasilkan melalui proses penggulungan 14.3.4. Pencetakan cara injeksi Pencetakan cara injeksi merupakan teknik yang paling banyak digunakan untuk konfigurasi 3D. Teknik ini digunakan untuk memproses termoplastik dan resn termoset. Proses ini meyerupai proses pengecoran cetak tekan berongga panas pada logam (gambar 10.5)

Gambar 14.5. pencetakan injeksi


154

Buku Ajar Proses Manufaktur Produktivitas yang tinggi dapat diperoleh dengan pencetakan cara injeksi, dengan mengontrol banyaknya leburan yang diinjeksi dengan (a) sebuah plunyer bolak balik atau (b) ulir yang berputar bolak-balik, pada yang terakhir ini, aliran dikontrol dengan katup penahan aliran balik yang memungkinkan penambahan leburan (c) tetapi akan tertutup selama injeksi (d)

BAB 15 PROSES – PROSES PENYAMBUNGAN

Gambar 15.1. penukar panas kendaraan bermotor Komponen-komponen yang dihasilkan dari berbagai proses yang dijelaskan sebelumnya dapat dibuat benda-benda yang lebih besar dan lebih kopleks. Kita akan mempelajari dasar dari teknik-teknik seperti :


155


Penyambungan secara teknis



Pembuatan ikatan metalurgi dengan adhesi dan difusi



Pengelasan fusi dengan menggunakan berbagai sumber panas



Pematrian dan penyolderan dengan logam dengan titik lebur lebih rendah



Aplikasi pada plastic dan keramik



Manufaktur laminat



Pembutan komponen tanpa menggunakan cekatan Proses penyambungan memiliki perbedaan dengan proses-proses yang telah dibahas

sebelumnya dalam arti proses ini menggunakan komponen-komponen yang telah dimanufaktur dari proses lain dan menggabungkannya menjadi komponen perakittan. Produk yang dihasilkan dapat menggantikan produk yang dibuat dari lainnya( misalnya angka mesin perkakas hasil pengecoran dapat diganti dengan rangka hasil pengelasan) atau dapat juga jenis yang hanya bisa dihasilkan melalui proses penyambungan (misalnya uniboby mobil, radiator mobil, atau rangka sepeda). Meskipun sebagian besar metode penyambungan dilakukan pada logam, namun bahan keramik dan juga polimer juga dapat dismbungkan dengan teknik-teknik yang sama. 15.1. KLASIFIKASI Terdapat sejumlah sambungan yang sepenuhnya bersifat mekanis, dan dalam kategori ini, alat- alat yang membentuk sambungan semipermanen( misalnya sekrup dan baut) dianggap sebagai sarana perkaitan.pembahasan kita kali ini menekankan pada proses; jadi, kita akan lebih fokus pada metode- metode pembuatan sambungan permanen(Gambar 11.2). sudah cukup banyak yang telah kita pelajari, metode-metode penyambungan mekanis merupakn turuna dari proses pengerjaan logam, teknik-teknik solid state didasrkann pada adhhesi dan deformasi, pengelasan fusi dan kesamaannya ddengan proses pengecoran, ddan proses cair/padat diambil dari proses pembekuan, adhesi,dan teknologi polimer. Namun demikian, ada sejumlah perbedaan mendasar dalam cara pelaksanaannya, dan perbedaan-perbedaan ianilah yang akan menjadi fokus perhatian kita. Dimana pun kita dapat diguunakan, proses-proses tersebut akan diidentifikasikan menurut nama dan singkatan yang diberikan oleh American Welding Society. Preoses penyambungan sering kali memerlukan keahlian tinggi. Uap yang berbahaya, tegangan listrik tinggi,dan suhu tinggi mengharuskan operator mengenakan pelindung. Untuk alas an-alasan ini, dan juga untuk memperoleh produktivitas yang lebih tinggi, dan dilakukan Program Studi Teknik Industri UWP

156

Buku Ajar Proses Manufaktur usaha-usaha untuk meminimalkan keterlibatan operator. Kita juga akan melihat peluangpeluang

mekanisi(

control

kalang

terbuka

atas

mesin)

dan

otomatisasi

yang

sesungguhnya(control kalang tertutup, denngan atau kecerdasan buatan).

Gambar 15.2. Klasifikasi penyambungan 15.2.PENYAMBUNGAN MEKANIS Selain bentuk sambungan sekrup semipermanen,ada beberapa teknik yang dapa dipaki untuk membuat sambungan dengan menggunakan cara-cara mekanis. 

Pengikat mekanis yang paling umum adalah paku keling (rivet). Baik yang padat maupun yang berongga (Gambar 11.3a dan b), paku keling akan membuat sambungan dengan cara mengklem (menjepit) dua komponen diantara kepala-kepala paku. Salah satu paku keling biasanya dibuat dari proses sebelumnya; paku keling yang dihasilkan dimasukan kedalam lubang yang telah dibuat dengan pengedrilan sebelumnya, sedangkan kepal paku keling yang kedua dibuat pelantakan,baik itu panas atau dingin pada paku keling yang berongga,kepalanya dibuat dengan proses pelipatan (flaring),sebuah proses yang ada


157

Buku Ajar Proses Manufaktur kesamaannya dengan pembuataan flens pada sebuah tabung (Gambar 10.34c). paku keling buntu (blind rivet) adalah paku keling berupa silinder berongga yang yang hanya dimasukkan dari satu sisi. Paku-paku keling jenis ini dilengkapi dengan alat pembentuknya sendiri,biasnya berupa mandrel yang ditarik menggunakan alat khusus untuk memperbesar diameter sisi buntunya (Gambar 11,3c). Tangkai mandrel yang bertakik selanjutnya akan putus (pop rivets). Lubang dapat memunculkan diskontinuitas dalam sturukturnya dan dapat menyebabkan kegagalan lelah. Oleh karena itu, tepi-tepi lubang perlu dihaluskan dengan proses penghilangan rigi-rigi kasar (deburring) untuk menghilangkan pencetus-pencetus tegangan; untuk aplikasi-aplikasi penting ,lubang ini perlu dirim atau,untuk menciptakan tegangantegangan sisa jenis tekan,lubangnya sedikit diperbesar dengan memasukkan pena yang lebih besar. Penggunaan pku keling sudah tidak lagi mendominasi dalam konstrusikonstruksi gedung dan dalam pembutan rangka mobil,namun tetap merupakan proses yang penting. Sebagai contoh,puluhan ribu sambungan menggunakan paku keling digunakan untuk keperluan pesawat terbang, untuk konsistensi yang lebih besar pembuatannya dapat dikerjakan dengan mesin atau robot.

Gambar 15.3. Sambungan mekanis permanen (a) paku keling, (b) paku keling silindris berongga, (c) paku keling buntu, (d) kokotan dan (e) keliman 

Pelat-pelat

tipis

dapat

disambungkan

melalui

pengedrilan,namu

melalui

cara

penyetikan(stitching)atau cara pengokotan(stapling)(Gambar 18.2d). cara pengokotan sangat banyak digunakan untuk mengikatkan plat pada kayu penopang. 

Kelim (seam) dihasilkan melalui serangkaiian pembengkokan dengan jari-jari (Subbab10.4) kecil (setengah kali tebal plat).Kelim-kelim pengunci dapat dibuat agar tidak tembus udara dengan atau tanpa tambahan seprti bahan perekat,perapat polimer,atau solder. Sejumlah kelim dapat dijumpai sepanjang sambungan-sambungan yang lurus seperti kelim tabbing radiator dan kelim samping dari kaleng minimum ringan; yang lainnya dijumpai di


158

Buku Ajar Proses Manufaktur sepanjang pinggiran objek berbentuk lingkaran; misalnya tutup kaleng ( Gambar 10.35d), dan sekali lagi proses ini ada kesamaanya dengan proses pembentukan flens. Sebuah lipatan tepi (hem) terbentuk bila tepi-tepi suatau komponen diputar diatas komponen lain(Gambar 10,35a dan 5b). 

Sambungan-sambungan juga dapat diperoleh dengan menciptakan interferensi mekanis dengan memanfaatkan deformasi plastis, seperti dalam pemutiran dan pembengkokan atas lidah lanset (Gambar11.4a) dan pelekukan (crimping) (Gambar 11.4b).

Gambar 15.4 Sambungan mekanis permanen (a) lidah lanset, (b) sambungan tekuk, (c) sambungan kancing 

Penyusutan atas sebuah selongsong yang terpasang pada sebuah inti umumnya dapat diterapkan pada kompnen-kompnen berbentuk silindris. Tegangan tekan yang di butuhkan untuk mempertahankan sebuah sambungan yang permanen diperoleh baik dengan memanaskan lengan tersebut (dan atau pendinginan inti),dengan pelantakan dengan martil (Gambar 9.24 ), atau melaui pengepresan dua komponen dengan suaian interferensi tieus bersudut rendah.



Sambungan kanncing tetap( snap-fit) dapat diberikan bergantung pada sifat memegas atau pemulihan elastis dari elemen yang disangga (Gambar 11.4c ).



Sambungan berpagutan ( clinching) membentuk padanan dari paku keling untuk pelat logam. Digunakan perkakas untuk membuat sambungan dalam satu kali langkah pengepresan

18.4.2 Mampu Las Dan Kualitas Hasil Las Cukup jelas dari pembahasan sebelumnya bahwa istilah mampu las (weldability) mengacu kepada kumpulan sifat teknik yang sangat kompleks dan juga merupakan fungsi dari proses itu sendiri. Cacat-cacat las jika ada salah satu atau beberapa persyaratan untuk membentuk sumbangan yang kuat tidak terpenuhi,maka cacat kemingkinan akan muncul.Cacat ini dapat muncul pada hasilProgram Studi Teknik Industri UWP

159


hasil penjelasan segala bentuk dan asal,namun tujuan ilustrasi,hasil penjelasan fusi dengan pengisi logam dapat digunakan ( Gambar 18.13a). 

Penjelasan fusi merupakan sebuah proses peleburan dan perlu dikontrol dengan baik ( input 7.4 ).Suhu peleburan serta panas spesifik dan laten fusi (leburan) akan menentukan panas yang dibutuhkan.Konduktivitas panas yang tinggi dari logam induk memungkinkan terjadinya disipasi panas dan otomatis memerlukan tingkat inputan panas yang lebih tinggi serta menyebabkan pendinginan yang lebih cepat.untuk bahan induk, tingkat inputan panas (biasanya dinyatakan dalam input panas per satuan panjang) perlu disesuaikan dengan tebal benda kerja,tingkat deposisi logam las,dan kecepatan pengelasan (kecepatan pergerakan disepanjang rigi-rigi las),inputan panas yang tidak memadai akan mengakibatkan kurang lebur (lack of fusi) dan,dibaguian yang lebih tebal,penetrasi kurang sempurna (gambar 18.13b) celah yang tersisa selanjutnya akan memjadi calon retakan. Tingkat deposisi logam yang tidak memadai akan menyebabkan kurang isi(underfeilling) panas yang berlebiuhan dapat menyebabkan lebur tembus, ditingkat deposisi yang tinggi akan mengakibatkan tumpah tindih (gambar 18.13c) yang bagian pinggiran makan membentuk efek takik dengan tingkat kekuatan yang lebih rendah.



Kontaminan-kontaminan pada permukaan,yang mencakup oksida,minyak,debu,cat,dan pelapis-pelapis logam lainnya yang tidak saling cocok dengan bahan benda kerja akan mengakibatkan kurangnya ikatan atau mengarah pada porositas gas, dan perlu dihindari dngan melakukan persiapan perlakuan nmekanis ataupun kimiawi pada permukaan.



Reaksi-reaksi yang tidak diinginkan kontaminan-kontaminan permukaan dan dengan atmosfer dapat dicegah dengan menyegel kawasan peleburan dengan vakum,atmosfer pelindung (inert), atau terak seperti dalam proses peleburan dalam pengecoran,terak dibentuk dengan melarutkan oksida dalam fluks. Proses ini perlu dilakukan secara hati-hati untuk meminimalkan terperangkapnya terak yang dapat menurunkan keuletan hasil las.



Gas-gas yang dilepaskan atau terbentuk selama pengelasan (misalnya CO) dapat mengakibatkan porositas yang memperlemah sambungan sekaligus berperan sebagai pencetus tegangan. Fliuditas yang tinggi dari leburan akan membantu menaikkan terak dan gas ke permukaan. Yang terutama berbahaya adalah hidrogen yang berasal dari atmosfer yang lembab atau fluks yang basah. Bila bergabung dalam bentuk molekul akan menyebabkan porositas pada paduan aluminium. Dalam bentuk atomik, hidrogen berdifusi


160


dan

mengakibatkan

retakan

serta

menyebabkan

kegetasan

hidrogen

(hydrogen

embrittlement) pada baja dimana martensit terbentuk saat pendinginan. 

Retakan ketika membeku (solidification cracks) muncul dibawah pengaruh tegangantegangan pada hasil las apabila cairan bertitik lebur rendah telah tersingkir keuar selama pembekuan atau pemadatan dendrit. Retakan liquasi disepanjang batas-batas butir disebabkan oleh pemisahan atau segregasi dalam bentuk padatan dari elemen-elemen bertitik lebur rendah.



Penyusutan selama pembekuan disertai dengan penyusutan padat akan menciptakan tegangan-tegangan tarik internal pada struktur (gambar 18.14) dan dapat mengakibatkan distorsi dan retakan kasar. Maslah ini semakin parah bila struktur tidak dapat menyusut dengan bebas atau dengan kata lain, apabila ada hambatan mekanis. Pemuaian panas tinggi mengakibatkan distorsi dan tegangan sisa yang lebih besar. Kemungkinan terjadinya retakan semakin besar pada paduan dengan komposisi yang memberikan kisaran beku maksimum dalam suatu sistem. Masalah ini dapat diatasi dengan bahan pengisi dari paduan rendah yang lebih ulet untuk mengurangi kegetasan pada batas butir (atau bahan pengisi dari pada paduan lebih tinggi untuk menghindari kisaran beku maksimum). Perancangan sering dilaksanakan pada pendekatan mekanika perpatahan ( subbab 4.2) dan ukurancaccat yang dapat diterima ditentukan secara eksperimental atau secara teoritis. Tegangan- tegangan sisa juga dapat memicu terjadinya retakan karena korosi tegangan.



Transformasi metalurgi yang telah dibahas sebelumnya, memiliki pengaruh sangat penting khususnya saat transformasi mengarah pada pembentukan fasa yang getas seperti martensi. Karena itulah prapemanasan terhadap bahan dasar atau bahan induk merupakan hal yang penting. Bahan lasan akan menerima perlakuan panas lanjutan jika dilakukan pengelasaan bertumpuk dalam lebih dari satu kali pewngulangan (pengelasan multi pass).



Ketebalan absolut dan relatif dari komponen-komponen yang akan disambungkan serta rancagan sambungan sangat berpengaruh pada pemanasan dan pendinginan yang diberikan, dan tentunya juga pada sifat mampu lasnya. Perlakuan logam

sebagian dari hambatan-hambatan yang disebutkan diatas dapat

dihendari dengan melakukan sejumlah langkah : 

Prapemanasan atau pemanasan pada kawasan las atau seluruh stuktur akan mengurani input energi yang diperlukan untuk menyelesaikan pengelasan ( penting untuk bahan-bahan


161


dengan tingkat difusi yang tinggi seperti aluminium atau tembaga); mengurangi laju pendinginan dalam kawasan las dan HAZ ( memungkinkan pengelasan baja yang dapat dikeraskan (hardenable) dan bahan-bahan lain yang bila didinginkan cepat akan mengakibatkan pembentukkan fasa gatas); membantu menghindari pendifusian H; dan mengurangi penyusutan yang beragam,distoris,dan tegangan-tegangan sisa. 

Pengetukan ( ketukan dengan martil atau penggilasan) atas rigi-rigi las mampu menaikan kekuatan hasil las. Dalam pengelasan multipass,pengetukan yang diulakukan di sela-sela pengulangan dapat membuang terak yang memungkinkan terjebak di dalam dan mendorong rekristalisasi dari lapisan-lapisan sebelumnya ( namun untuk pengulangan terakhir tidak boleh dilakukan pengetukan karna hal itu dapat menghilangkan keuletan)



Perlakuan panas pasca – pengelasan atas seluruh struktur yang dilas sering kali sangat penting karna sejumlah alasan : 

Anil pelepasa-tegangan (Sub-Subbab 6.4.1) akan mengurangi tegangan-tegangan sisa sampai pada tingkat yang di harapkan dan membuat stuktur yang dihasilkan stabil dan tidak rentan terhadap retakan karna korosi tegangan. Perlakuan ini akan melunakan martensit dan meniadakan kemungkinan terjadinya retakan dingin pada baja,sehingga tentunya juga akan meningkatkan keuletan dan kekuatan lelah,walaupun kekuatannya sedikit berkurang.Akan tetapi,perlakuan ini dapat pula mengarah pada penuaan lanjut pada bahan-bahan yang mengalami pengerasan-presipitasi.



Normalisasi baja (Sub-subbab 6.4.3) Dapat menghapus sebagian besar efek tak diinginkan dari penjelasan.Rekristalisasi lasan dan bahan induk dalam kisaran suhu austenitik di ikuti dengan pendinginan terkontrol akan mamppu menciptakan struktur yang mengandung ferit dan perlit.



Perlakuan panas menyeluruh ( pencelupan dingin dan penemparan baja,perlakuan pelarutan dan penuaan dari paduan-paduan yang dapat mengalami pengerasan-presipitasi) akan memberikan sifat-sifat paling tinggi dalam keseluruhan struktur,namun akan berakibat pada distorsi.



Perlakuan penuaan

atas bahan-bahan yang mengalami pengerasan-presipitasi sudah

cukup memadai jika rigi-rigi las berakhir dalam kondisi teralut karna laju pendinginannya yang sangat cepat (seperti dalam pengelasan dengan sinar elektron)


162


Kendali mutu merupakan bagian penting dalam semua poses pengelasan. Teknik-teknik deskruktif beguna untuk menetapkan parameter-parameter prose,namun kualitas manufaktur sering kali hanya dapat di kontrol melalui pengujian tak merusak.Pemeriksaan visual selalu diwajibkan dan dilengkapi dengan pemeriksaan menyeluruh dengan teknik-teknik NDT (Subbab 4.8) . hasil-hasil las untuk aplikasi-aplikasi penting sering kali di periksa 100% dengan radiografi. Faktor-faktor Prses

Panas yang dibutuhkan untuk peleburan dapat diperoleh dari

sejumlah sumber panas.Bentuk kawasan las dan lebar HAZ bergantung pada intensitas sumber panas ini. Untuk daya tertentu, intensitas panas naik sejalan dengan turunan ukuran sumber panas dan berkisar beberapa tingkat dari besarannya.Pada intensitasnya panas yang rendah,waktu yang dibutuhkan untuk mencapai titik lebur cukup lama,energi panas hilang ke lingkungan sekitar, dan sebagian besar panas yang menjangkau benda kerja terdisipasi ke dalam logam disekelilingnya.karna itulah dalam pengelasan oxifuel (dengan bahan bakar yang diperkaya dengan oksigen),dengan intensitas panas sekitar 1-10W/mm2, hanya sekitar 10% dari panas total yang menjangkau benda kerja dan hanya seperlimanya yang benar-benar berperan dalam peleburan. Akibatnya, efisiensinya sangat rendah, kawasan las yang terbentuk bebrapa kali lwbih besar dibandingkan kedalamannya, dan HAZ menjadi luas. Pada intensitas panas sebesar 10-1000 W/mm2, kekhasan dari proses pengelasan dengan busur api, lekitar separuh dari panas total yang menjangkau logam dan sekitar 40% di antaranya digunakan untuk memfungsikan logam; kolam las dan HAZ memiliki bentuk seperti yang ditunjukkan dalam gambar 18.9 sampai 18.12. Intensitas energi tinggi (10 3-105 W/mm2) dari pengelasan dengan laser dan EB (sinar elektron) memberikan efisiensi daj kedalaman yang tinggi, kolam las lubang kecil dan dalam (keyhole) berbentuk silinder memiliki kedalaman beberapa kali dibandingkan dengan lebarnya. Karena tingkat pemanasan sang tinggi, maka perubahan-perubahan metalurgi akan terjadi selama pendinginan dan HAZ-nya kira-kira sama dengan lebar sinar. Dalam banyak proses, panas dihasilkan dari listrik. Keberhasilan pengelasan tergantung pada tegangan, arus, polaritas, dan variasi dari besaran-besaran tersebut terhadap waktu. Pemilihan atas sumber daya yang paling cocok merupakan prasyarat keberhasilan. Sumber daya ini dapat sangat sederhana misalnya transformator, namun sekarang sumber daya yang sangat canggih – yang umumnya didasarkan pada penggunaan komponen elektronika solid –state – semakin banyak digunakan. Parameter-parameter kontrol terkalang-tertutup tengah-proses juga


163


telah memungkinkan untuk diterapkan. 15.4.3 Bahan-bahan mampu Las Generalisasi untuk pengelasan lebih riskan dibandingkan dengan untuk proseslainnya, namun ada sejumlah pedoman yang dapat dirumuskan. Dalam situasi manufaktur aktual, buku referensi khusus, bank dataa komputer, dan standar manufaktur perlu dipertimbangkan. Bahan – bahan berar besi Baja feritik jenis bahan ini dapat dengan mudah dilas, namun pembentukan martesit merupakan ancaman tersendiri bagi baja perlitik. Secara umum, kemampuan pengerasan yang semakin tinggi berarti bahwa martesit akan tebentuk pada laju pendinginan kritis yang semakin rendah; dan dengan demikian mengindikasikan semakin bertambahnya resiko pembentukan martensit dan semakin berkurangnya sifat mampu las. Martensi tidak hanya keras dengan getas, namun pembentukannya disertai dengan kenaikan volume yang dalam hal ini akan menciptakan tegangan- tegangan selanjutnya pada struktur, serta mengurangi hasil las. Pemasan awal dan, jika memungkinkan, pemanasan pascapengelasan diperlukan apabila pembentukan martensi/ bainit tidak dapat dihindari. Alternatif lain, stuktur dapat dipanaskan kedalam kisaran suhu Austenitik, kemudian didinginkan pada suhudiatas M S (gambar 6.20) dan selanjutnya dilas seebelum transformasi terjadi. Strutur yang dihasilkan kemudian didinginkan secara menyeluruh. Pengelasan seperti ini ( disebut Step Welding) bahkan dapat dipakai untuk mengelas alat-alat iris dari baja. Perlu dicatat bahwa baja-baja paduan yang telah mengalami perlakuan panas menyelurah dapat dilas namun setelah dilas harus dicelup dingin dengan cepat untuk memperoleh martensit temperan. Kami telah menyebutkan bahaya kegetasan hidrogen. Belerang menciptakan porositas dan kegetasan sehingga, meskipun pengelasan baja-baja pemotongan bebas yang telah diresulfurisasi dapat dilakukan baja-baja tersebut sering kali lebih disukai disambung dengan cara pematrian ( Brazing). Pelat- pelat yang berlapiskan


164

Buku Ajar Proses Manufaktur 15.2 Proses Penyambungan Logam/Pengelasan (Welding Processes) 

Definisi 

Pengelasan (welding) adl proses penyambungan logam dimana logam menyatu akibat dr panas dan/atau tekanan. Atau penyambungan logam dg ikatan metalurgi, logam menyatu krn didekatkan hingga mencapai jarak yg terjangkau oleh gaya ikatan antara atom logam.







Jenis sambungan las: 

Butt joint (sambungan temu): (a)



Lap joint (sambungan tumpang): (b) (f) (g)



T-joint (sambungan T): (c) (h)



Corner joint (sambungan sudut): (d)



Edge joint (sambungan sisi): (e)

Bentuk penumpukan pada las-an: 

Convex weld (las cembung): (b) (c) (d)



Concave weld (las cekung): (f) (g) (h)



Flush weld (las datar)

Bentuk groove (gelur/lekuk) pd sambungan las: 

huruf I, V, U, X, H, J, K, J ganda.


165




Penyolderan dan Pematrian 

Penyolderan (soldering) dan pematrian (brazing) adl proses penyambungan logam dg memanfaatkan logam penyambung/pengisi (brazing filler) yg memiliki titik lebur lebih rendah. Brazing filler dimasukkan pd celah antara logam, kmdn dipanaskan dan didinginkan shg terjadi sambungan akibat gaya kimia maupun fisika. Logam yg disambung tdk perlu dilelehkan dan tidak perlu tekanan.



Pada penyolderan, sbg brazing filler sering digunakan paduan timbal (lead) dan timah (tin) yg mpy daerah cair antara 180 – 370 °C. Kekuatan sambung ditentukan oleh gaya adhesi paduan. Kebersihan permukaan menentukan kualitas solderan, sering digunakan flux (pelarut) utk membersihkan.



Pada pematrian, sbg brazing filler digunakan: tembaga (titik cair 1083 °C), paduan tembaga/kuningan dan perunggu (870 – 1100 °C), paduan perak (630 – 845 °C), paduan aluminium (570 – 640 °C). Brazing filler hrs memiliki fluiditas shg membasahi permukaan yg akan disambung. Diperlukan flux khusus utk menghilangkan oksida logam.



Berdasarkan cara pemanasannya, pematrian dpt dikelompokkan pd: 

Pencelupan. Logam yg akan disambung dicelupkan pd logam pengisi atau flux cair. Logam hrs dijepit dg jig dan patri sudah diisikan.



Dapur. Logam dijepit dg jig dan dimasukkan ke dapur, dan patri telah diisikan.


166


Nyala. Logam dipanaskan dg nyala oxy-acetylene atau oxy-hydrogen, logam pengisi dlm bentuk kawat dicairkan pd celah sambungan. Flux ditambahkan dg mencelupkan kawatnya.

 

Listrik. Logam dipanaskan dg tahanan, induksi, atau busur listrik.

Keuntungan pematrian adl dpt menyambung logam yg sulit dilas, logam yg berlainan, dan logam tipis; proses cepat, sambungan rapi, tdk memerlukan proses penyelesaian lagi.



Banyak digunakan pd penyambungan pipa, pemasangan ujung karbida pd pahat potong, sambungan pd radiator dan penukar panas, alat-alat listrik dll.



Gas Welding 

Gas welding adl penyambungan logam menggunakan gas pembakar yg dicampur dg oksigen atau udara utk memanaskan dan melelehkan sambungan dan batang las. Batang las yg digunakan memiliki bahan yg sama dg logam yg disambung. Gas yg biasa digunakan adl gas alam, asetilen, dan hidrogen. 



Oxy-acetylene Welding

Menggunakan nyala gas campuran oksigen dan asetilen utk memanaskan logam. Oksigen berasal dr proses elektrolisa udara, dipisahkan dr nitrogen. Asetilen (C2H2) dihasilkan dr reaksi kalsium karbida (CaC2, karbit) dg air. Reaksinya: CaC3 + 2H2O Ca(OH)2 + C2H2



Kalsium karbida dihasilkan dr reaksi kalsium dan batubara dlm dapur listrik.



Pengaturan perbandingan gas asetilen dan oksigen sangat penting, tdp tiga sifat nyala: 

(a) Nyala reduksi/karburasi (reducing/carburizing flame) bila asetilen lebih besar. Terdapat tiga daerah nyala, yaitu selain inner flame dan outer flame ada kerucut antara berwarna keputih-putihan disebut acetylene feather, panjangnya tergantung kelebihan asetilen.



(b) Nyala netral (neutral flame) dihasilkan pd perbandingan 1:1. Kerucut nyala bagian dalam berwarna putih (inner core) diselubungi oleh nyala luar kebirubiruan (outer flame). Suhu tertinggi terletak pada ujung kerucut (2-3 mm) 3500 °C, sdg selubung luar 2100 °C.



(c) Nyala oksidasi (oxidizing flame) bila oksigennya lebih besar. Nyala mirip dg nyala netral hanya inner flame lebih pendek dan selubung luar lebih jelas


167

Buku Ajar Proses Manufaktur warnanya. 



Keuntungan pengelasan oksiasetilen antara lain: 

peralatan relatif murah dan pemeliharaan minimal,



mudah dibawa & dpt digunakan diberbagai tempat,



hampir semua jenis logam dpt dilas,



dpt digunakan utk pemotongan & penyambungan.

Gas Welding lainnya 

Oxy-hydrogen welding. Pengelasan ini menyala pd suhu 2000 °C, digunakan utk pengelasan lembar tipis dan paduan dg titik cair rendah, dan utk pematrian. Pengaturan perbandingan gas lebih sulit karena tdk ada perbedaan warna pd nyala.



Air-acetylene welding. Pd pengelasan ini, udara dicampurkan ke asetilen melalui torch sesuai yg dibutuhkan. Suhu yg dihasilkan jauh lebih rendah, hanya utk patri timah dan patri suhu rendah.



Pressure gas welding. Pd pengelasan ini, ujung tumpu yg akan dilas dipanaskan dg nyala oksiasetilen hingga 1200 °C kmdn ditekankan. Ada dua cara. Metode sambungan tertutup: dua permukaan yg akan dilas ditekan selama proses pemanasan, selama pemanasan ujung sambungan yg tirus menjadi satu, tekanan antara 10-28 MPa. Metode sambungan terbuka: menggunakan nyala ganda (multiflame) yg pipih ditempatkan diantara dua permukaan yg disambung, permukaan dipanaskan hingga terbentuk logam cair pd permukaan, kmdn nyala ditarik dan kedua permukaan ditekan (28 MPa) hinnga dingin.



Oxy-acetylene torch cutting. Prinsip dasar proses ini adl sifat afinitas oksigen thd besi/baja. Baja dipanaskan hingga mencapai suhu pijar merah kmdn dialiri pancaran oksigen murni pd permukaan shg baja terbakar mjd oksida besi. Volume oksigen yg diperlukan adl: Vo = 1.3 × Vs, dimana Vo: volume oksigen (mm3), Vs: volume baja


168

Buku Ajar Proses Manufaktur (mm3).


169


Resistance Welding 

Resistance welding adl proses ini dilakukan dg mengalirkan arus listrik yg cukup besar pd dua permukaan logam yg akan disambung, shg menimbulkan panas pd sambungan krn tahanan pd sambungan dan tahanan logam (disebut resistance heat/joule heat), setelah permukaan logam cair atau setengan cair, diberi tekanan yg cukup utk menyambungkannya.



Jumlah panas yg ditimbulkan: Q = 0.24 IRt, dimana Q: juml panas (kalori), I: arus listrik (ampere), R: tahanan listrik (ohm), t: waktu (detik). Arus listrik yg diperlukan 3 – 100 kA, tegangannya 1 – 10 V, dan tekanan yg dibutuhkan 30 – 55 MPa.



Pengelasan ini cocok utk logam dg tahanan listrik besar, konduktivitas kecil, dan titik cairnya rendah. Cocok digunakan utk besi/baja, paduan tembaga dan paduan aluminium. Ttp tdk cocok digunakan utk mengelas tembaga dan aluminium.



Kelebihan pengelasan tahanan listrik adl: sifat sambungan baik dan deformasi akibat panas sedikit, krn suhu sambungan relatif rendah dan luas pemanasan kecil; efektifitas tinggi krn waktu pengelasan pendek; tdk memerlukan keahlian tinggi; ekonomis krn tdk memerlukan batang las dan fluks.



Kekurangannya adl: biaya investasi peralatan tinggi krn memerlukan power listrik besar.



Pengelasan tahanan listrik ini cocok utk manufaktur massal. Sedangkan pengelasan gas dan busur cocok utk manufaktur banyak jenis jumlah kecil.



Jenis resistance welding adl:



A. Lap welding (las tindih/tumpang) 

a. Spot welding (las titik)



b. Projection welding (las proyeksi)

B. Butt welding (las temu/tumpul) a. Upset butt welding b. Flash butt welding (las

tumpul nyala) 

c. Seam welding (las kampuh)

c. Butt seam welding (las tumpul

kampuh) 

Lap Resistance Welding 

Spot Welding (las titik). Dua lembar logam yg akan dilas ditumpuk dan dijepit dg dua elektroda dr paduan tembaga yg berbentuk silinder. Saat dialirkan arus listrik, sambungan mjd panas dan mencapai suhu las, kmdn ditambahkan tekanan hingga dihasilkan penyatuan las sama besar dg luas permukaan elektroda, yg disebut dg


170

Buku Ajar Proses Manufaktur nugget. Faktor yg hrs ditentukan dg tepat adl: waktu pengaliran arus, waktu penekanan, dan besar arus. Biasanya utk mengelas lembaran pelat logam dg ketebalan dibawah 3.2 mm. 

Projection Welding (las proyeksi). Merupakan pengembangan dari las titik. Salah satu dr pelat yg akan dilas diberikan sembulan (projection) dg mesin press (atau yg lain) terlebih dulu. Kmdn kedua pelat dijepit dg elektrode yg rata. Saat arus listrik dialirkan dan ditekan, maka sembulan akan memanas dan terjadi penyatuan (lasan). Kelebihan cara ini: ekonomis krn sekaligus dpt dibuat banyak titik las, hasil las bagus, dan dpt utk menyambung logam dg ketebalan dan jenis yg berbeda.



Seam Welding (las kampuh). Sama dg las titik, hanya elektroda yg digunakan berbentuk lingkaran (roda) yg dapat berputar. Shg dg memutar elektroda didapatkan hasil las titik yg kontinu. Digunakan utk membuat komponen yg memerlukan kerapatan tinggi thd cairan atau gas, spt knalpot, pipa pendingin, tangki bahan bakar dsb.


171




Butt Resistance Welding 

Upset butt welding (las temu/tumpul). Digunakan utk mengelas kawat dan batang silinder yg berpenampang sama. Kedua batang logam dijepit dg clamp dan ditekan, kmdn dialirkan arus listrik shg terjadi pemanasan dan ujung batang mulai meleleh selanjutnya ditambahkan tekanan kuat hingga terjadi sambungan. Penekanan kuat ini disebut dg upset, mengakibatkan sambungan menonjol yg dpt diratakan dg proses pengerolan atau pemesinan. Tekanan yg digunakan15 – 55 MPa.



Flame butt welding (las tumpul nyala). Batang logam dijepit dg clamp, setelah dialiri arus listrik batang logam ditarik sedikit shg ujungnya tdk menempel. Akibatnya dihasilkan bunga api yg memanaskan ujung logam hingga titik cair sekaligus membersihkannya, kmdn bersamaan dg dimatikan aliran listrik, diberi tekanan aliran listrik dihentikan, utk menyatukan sambungan. Cara ini baik utk mengelas logam yg mudah teroksidasi spt aluminium dan paduannya serta magnesium dan paduannya, krn pemanasannya dlm waktu singkat dpt mencapai suhu tinggi. Tonjolan pd sambungan kecil. Efektifitas sangat tinggi, banyak digunakan utk komponen pesawat terbang, mobil, dll.



Butt seam welding (las tumpul kampuh). Digunakan pd pembuatan pipa. Digunakan elektroda berbentuk rol yg berputar menghantarkan arus besar pd


172

Buku Ajar Proses Manufaktur sambungan. Dua sisi dipanaskan dan ditekan hingga terjadi sambungan. 

Percusion Welding (las perkusi). Sama dg las tumpul nyala, ttp batang logam ditarik dg jarak lebih lebar (1.6 mm) shg tjd busur listrik dan ujung batang mjd panas dan dpt disambungkan dg tekanan.



Induction Welding (las induksi). Arus yg digunakan utk memanaskan logam adl arus induksi dg frekuensi 200 – 500 kHz.


173

Buku Ajar Proses Manufaktur Referensi. 


















174

Buku Ajar Proses Manufaktur BAB 16 SISTEM-SISTEM MANUFAKTUR 

Pemindahan bahan



Organisasi manufaktur



Organisasi untuk manufaktur massal



Organisasi untuk manufaktur



Organisasi perakitan



Manajemen kualitas

16.1.Pemindahan Bahan Pemindahan bahan, komponen-komponen dan perkakas kerja merupakan elemen yang sangat penting dalam semua operasi manufaktur, termasuk manufaktur barang-barang dan perakitan bagian-bagian menjadi subrakitan-subrakitan atau produk akhir. Gambar di bawah ini akan memperlihatkan alokasi waktu proses manufaktur dalam manufaktur terkelompok.

Gambar 16.1. Durasi waktu proses manufaktur (dalam manufaktur terkelompok) Berdasarkan studi atas operasi bengkel atau unit kerja tipe terkelompok (Type batch) 

sekitar 95% dari total waktu manufaktur diperlukan untuk pengangkutan komponen-


175

Buku Ajar Proses Manufaktur komponen dari satu tempat ke tempat lain atau sekedar menanti sesuatu terjadi. 

sekitar 5% dihabiskan pada mesin perkakas

( 30% untuk pengerjaan, 70% untuk

melepaskan beban, pengaturan posisi,pengukuran, atau berhenti krn bbrp sebab. Produktivitas dalam proses manufaktur jika hendak dinaikkan dapat dilakukan dengan cara-cara di bawah ini: 

Metode pemindahan bahan, pembebanan, pengaturan posisi, penjepitan dan pelepasan beban harus diperbaiki



Memikirkan cara mempercepat proses Cara-cara untuk memindahkan bahan yaitu :



Pergerakan bahan yang diawasi : 

Operator : modal awal paling kecil, tetapi dengan biaya sangat tinggi.



keranjang : kelemahan, komponen-komponen yg telah dimuat di keranjang harus dikeluarkan lagi pada operasi selanjutnya.



palet (atau platform atau nampan) : lebih mudah diakses untuk proses selanjutnya



truck forklift : memudahkan pemindahan bahan & lebih luwes tetapi memerlukan jalan bebas hambatan



kran / crane : tidak terlalu memerlukan luasan lantai tetapi mungkin akan saling mengganggu dengan lainnya.



Pemindahan bahan termekanisasi 

Papan beroda, sabuk,konvetor atas kepala, kereta yang ditarik dengan tali. Dapat ditata ulang hanya dengan mengunah tata letak fisik sistem



Automatic guided vehicles (AVG). Kendaraan bergerak di atas lantai pabrik, misal : truck forklift, tetapi mengikuti satu atau beberapa jalur misalnya dengan panduan induktif yang diberikan melalui kabel yang ditanam pada lantai. Jalur-jalur itu dpt dengan mudah diprogram ulang karena kebutuhan-kebutuhan manufaktur.Ada pula yang dilengkapi dengan sensor yang memungkinkan kendaraan-kendaraan itu menemukan sendiri jalurnya. Pemuatan dan pelepasan muatan atau beban seringkali dilakukan dengan lengan-lengan

mekanis, biasanya dinyatakan sebagai manipulator. Pengelompokan lengan mekanis berdasarkan metode pengontrolan sbb : 

Manipulator : lengan-lengan mekanis yang dijalankan dengan kontrol manual, dengan bantuan tombol, tuas, atau alat=alat yg memerlukan gerakan tangan operator & mengubahnya menjadi gerakan yg ekivalen pada lengan mekanis.


176

Buku Ajar Proses Manufaktur Kapasitas angkat alat : dari bbrp gram sampai ratusan ton. Contoh : manipulator jarak jauh yg digunakan di lingkungan yg berbahaya (dlm industri atom), manipulator tempa yg digunakan dlm penempaan berlandasn-bentuk terbuka untuk mengerjakan ingot-ingot berukuran besar. 

Manipulator ukuran tetap Dikembangkan untuk pengaturan posisi dalam suatu urutan proses pengaturan. Pengaturan posisi & urutannya dilakukan dgn memakai saklar-saklar pembatas, sensor-sensor kedekatan, cahaya dan relay-relay. Saklar-saklar pembatas digunakan juga untuk mengetahui

apakah

suatu

aksi-denagn

manipulator

atau

mesin-mesin

yang

menggunakannya benar-benar telah dilakukan, sehingga memberikan umpan balik. Contoh : manipulator-manipulator yg menggerakkan komponen dari logam plat diantara mesin pres, peluncur-peluncur untuk pelepasan beban yang digunakan bersama dengan mesin pengecoran cetak tekan dan cetak injeksi. 16.1.1.Robot 

Definisi (Robot Institute of America) : “manipulator multifungsi yang dapat diprogram, yang dapat dirancang untuk memindahkan bahan, komponen-komponen, alat-alat iris atau pembentuk atau piranti-piranti khusus, nelalui gerakan variabel yang diprogram untuk mengerjakan berbagai tugas”



Robot berbeda dengan manipulator urutan tetap hanya pada pemrogramannya yang variabel.



Robot yang disebut robot ambil dan letakkan (pick-and-place robot)

atau dengan

pengontrolan logika yang dapat dirogram (programable logic control/PLC) atau personal compute/PC, tetapi seringkali tidak memiliki sistem umpan balik (bisa disebut manipulator yang dapat diprogram) Piranti-piranti robotika : 

Struktur mekanis, terdiri dari : 

Sebuah dasar/Base + komponen-komponen yang dapat bergerak . Banyak piranti ini terdiri atas peluncur-peluncur yang bergerak disepanjang batang penuntun, tiap peluncur memiliki 1 derajat kebebasan Dalam bentuknya yang biasa dikenal, robot memiliki sebuah lengan yang terangkai dengan berbagai cara (lihat gambar 13.2). Sebuah lengan yang kaku yang bergerak ke atas dan ke bawah serta mengelilingi batang vertikal memiliki 2 derajat kebebasan


177


Gambar 16.2. Bentuk dasar robot . Pemuatan dan pelepasan muatan atau beban seringkali dilakukan dengan lenganlengan mekanis, biasanya dinyatakan sebagai manipulator Sebuah lengan yang bergerak (atau miring) ke atas dan ke bawah, berotasi (berputar), bergerak radial ke dalam dan ke luar, dan mempunyai pergelangan tangan dengan gerakan memuntir (berputar), membengkok (pitching), dan melakukan gerakan berputar terhadap sumbu vertikal (yawing), memiliki 6 derajat kebebasan 

Penjepit (tangan, rahang, atau yang lebih umum,pitranti pegang atau efektor ujung) yang memegang dan memindahkan komponen atau alat-alat iris atau pembentuk.



Elemen-elemen yang memberikan daya untuk bergerak dengan berbagai gerakan. Pergerakannya biasanya pneumatik, hidrolik atau elektrik, dan kadang-kadang


178

Buku Ajar Proses Manufaktur kombinasi dari semua ini. Motor hidrolik , motor langkah akan memberikan gerakan berputar. 

Kebanyakan robot dipasang permanen pada lantai, tetepi ada beberapa yang bergerak di atas tanah atau di atas rel-rel atau ban-ban pneumatik (robot bergerak)

2.

Sistem pengendalian. Sensor-sensor akan mengukur perpindahan dan mengumpankan sinyal kembali ke pengontrol sehingga penjepit ditempatkan secara tepat. 

Robot-robot dengan lintasan continue akan mengikuti lintasan tertentu sehingga dapat digunakan untuk operasi-operasi seperti pengecatan dengan sistem semprotan dan pekerjaan las menggunakan bunga api listrik.



Robot-robot juga dapat digunakan dalam banyak aplikasi, misalnya pemuatan pada mesin-mesin perkakas dan mesin-mesin pres,pemeriksaan dan perakitan

Pemrograman Robot : 1. Robot peniru/playback robot. Dapat diprogram atau “diajari” dengan metode “walk-through” atau pendemontrasian langkah-langkah secara cermat. Pada metode ini lengan robot atau “lengan yang dilatih” pengganti, digerakkan secara manual melewati lintasan yang diperlukan. Perintah-perintah kontrol dapat disisipkan kapan pun suatu aksi diperlukan (mengaktifkan atau menghentikan aksi alat iris, atau menunggu mesin perkakas melakukan aksi yang diperintahkan) Pada metode “lead-through”, digunakan sebuah panel kontrol untuk menempatkan lengan. 

Robot-robot juga diprogram sama seperti pada mesin CNC, pada mesin CAD/CA



Berbagai program dapat disimpan dan dipanggil lagi jika komponen yang sesuai ada . Identifikasi komponen bisa diberikan berdasarkan area kerja sebelumnya



Atau dengan membaca barcode (mirip yang digunakan di supermarket) yang ditempelkan pada komponen atau palet.



Robot cerdas atau robot pengindera adalah robot CNC yang dilengkapi dengan beberapa bentuk kecerdasan tiruan seperti manusia, yang memungkinkannya untuk mengatasi situasisituasi yang tak menentu (komponen-komponen yang tidak diletakkan pada posisi yang tetap) dan untuk melakukan pengontrolan adaptif terhadap jalannya operasi Beberapa bentuk pengindrea : 

Penginderpat diproses visual membutuhkan kamera yang sensitif terhadap cahaya. Informasi ini jika dikonversikan ke dalam bentuk digital,dapat diproses dengan komputer untuk memperoleh tampilan (image processing). Dibutuhkan pekerjaan-pekerjaan yang


179

Buku Ajar Proses Manufaktur lebih rumit untuk memproses tampilan yang diperoleh dari beberapa kamera secara simultan. 

Pengindera rabaan, dalam bentuk yang paling sederhana , membutuhkan elemenelemen pengindera gaya (force sensing) yang dipasang pada ujung efektor. Ada beberapa kemungkinan untuk mendapatkan umpan balik lanjutannya. Contoh : cahaya inframerah dapat disalurkan melalui serat-serat optik ke rahang-rahang penjepit pada efektor ujung, ketika rahang-rahang ini berada cukup dekat dengan komponen karena cahaya yang terpantulkan, rahang akan bergerak perlahan dan komponen dijepit dengan gaya yang sudah distur sebelumnya. Sistem-sistem yang lebih mendekati indera-indera manusia terus dikembangkan.



Kontrol adaptif

menghubungakan aksi-aksi robot dengan informasi yang diperoleh

sensor. contoh : robot pemangkas rigi-rigi bisa bergerak disepanjang tepi komponen dengan kecepatan tinggi sembari mencari rigi-rigi kasar. Bertambahnya gaya pada pemegang alat potong menunjukkan adanya Rigi-rigi kasar dan aju pengumpanan berkurang hingga rigi-rigi dihilangkan. Robot dan manusia 

Robot kurang toleran terhadap variasi bentuk dan dimensi komponen dibandingkan dengan operator manusia.



Seringkali perlu dilakukan perancangan ulang komponen-komponen agar cocok dengan batasan-batasan robot.



Robot dapat melakukan pekerjaan tanpa mengalami kelelahan dan, dilindungi dan dirawat dengan baik, dapat dipercaya, bahkan dalam kondisi lingkungan yang tidak bersahabat atau tidak menyenangkan.

13.2. Organisasi Manufaktur Karakteristik Manufaktur terkait dengan faktor-faktor dalam pemilihan proses & organisasi adalah : 

Jumlah total barang yang dimanufaktur



Laju manufaktur (jumlah unit yang dihasilkan dalam suatu periode waktu seperti jam,hari,bulan atau tahun). Ukuran kelompok (batch size atau lot size) adalah jumlah unit yang , tetapi dihasilkan

selama proses dapat berjalan secara terus menerus tanpa jeda. Tak ada definisi yang pasti, Program Studi Teknik Industri UWP

180

Buku Ajar Proses Manufaktur tetapi biasanya dibedakan menjadi : 

manufaktur batch kecil (1- 100 unit)



batch (di atas 100)



massal (di atas 100.000 atau bahkan 1 juta unit) Ukuran partai (lot size) ditentukan bukan hanya dengan pertimbangan teknis semata.

Biaya pengaturan dan perubahannya harus dibandingkan dengan biaya warehousing komponen-komponen diantara jalannya manufaktur. Pergeseran ke model pengiriman just-in time akan mengurangi ukuran partai, biaya penyimpanan menjadi lebih rendah, kebutuhan luasan lantai menjadi lebih rendah. 16.2.1. Metode manufaktur optimum Proses manufaktur optimum dipilih berdasarkan kemampuan dan keterbatasan proses, yang diperlunak oleh batasan-batasan yang ditetapkan berdasarkan laju manufaktur dan ukuran batch yang dibutuhkan. Pemilihan mesin perkakas bergantung pada faktor biaya, dan diagram titik impas dapat dibuat untuk menunjukkan pada titik mana suatu mesin perkakas dapat menjadi lebih menguntungkan daripada yang lainnya (gambar 13.3)

Gambar 16.3.Pendekatan paling ekonomis untuk manufaktur bergantung pada ukuran batch


181


mesin-mesin yang berdiri sendiri dengan kontrol manual: 

biaya modal paling kecil



membutuhkan tenaga kerja yang besar (biaya tenaga kerja tidak menurun secarasignifikan dengan peningkatan ukuran batch, maka,



baik digunakan untuk manufaktur satu kali selesai atau batch kecil



operator harus memiliki keahlian yang tinggi atau dalam manufaktur yang berulang, cukup ahli namun dengan pengawas seorang ahli.



mesin-mesin CNC 

yang berdiri sendiri yang dipilih secara khusus paling cocok untuk manufaktur dengan batch kecil, meskipun dengan kecenderungan meningkatnya penggunaan pirantipiranti pemrograman dan dengan aplikasi teknologi kelompok.



Mesin ini menjadi kompetitif dengan mesin manual.



Ketepatanyan tinggi & berulang-ulang



tidak ada waktu yang tak produktif karena penyetelan atau pengaturan



operator harus sangat ahli dengan pemrograman atau yang tersedia pada database pada sistem CAD/CAM



operator melakukan supervisi mesin dan fungsi-fungsi penggunaan (seperti pemuatan palet)



Manufaktur dengan batch besar 

Mesin-mesin otomatis yang dapat diprogram akan sangat ekonomis.



Mesin-mesin otomatis keperluan khusus (seringkali diprogram dengan sangat hati-hati) terbatas untuk manufaktur masal komponen-komponen standar



Ciri produk industri mutakhir : 

Biaya yang besar untuk komponen utama dengan bentuk yang kompleks



Biaya yang relatif kecil untuk komponen yang lebih banyak, dimanufaktur secara masal dan seringkali dibeli


182


Gambar 13.4. Proporsi penambahan nilai total yang besar bermula dalam manufaktur batch untuk komponen-komponen utama yang berbentuk kompleks, komponen-komponen standar biasanya berukuran lebih kecil,dimanufaktur secara masal Penghematan terbesar dicapai dengan mengorganisasikan manufaktur yang efektif untuk komponen-komponen utama yang kompleks 16.3. Organisasi untuk manufaktur masal 1. Dalam jalur-jalur transfer (transfer line) 

Komponen-komponen dipindahkan dengan alat permanen (seperti konveyor,lengan mekanis) diantara mesin-mesin perkakas yang diatur menurut urutan perasi.



Tiap mesin hanya melakukan satu operasi (atau satu kelompok terkait),di kontrol dengan otomasi yang ketat (seperti tuas,relai)



Pengaturan/penyetelan dilakukan secara manual, membutuhkan waktu,memerlukan orang yang ahli



Perubahan produk tak dapat dilakukan dengan mengatur ulang jalannya manufaktur secara substansial.


183


Harus diseimbangkan untuk menyamakan output, jika tidak, akan menghambat stasiun kerja yang lain.



Penggantian alat iris diusahakan dapat bersamaan untuk menghindari penghentian acak



Pemasangan sensor-sensor untuk memastikan bahwa operasi sudah berjalan dengan benar agar proses selanjutnya tak terhambat.



Jika ada trouble, akan ada alarm yang memberi isyarat agar kondisi dalam keadaan siaga, komponen yang cacat ditandai secar a otomatis dengan cat, jalur diperlambat, atau dihentikan keseluruhan

2. Jalur-jalur transfer yang fleksible 

Sebagai respon terhadap meningkatnya kompetisi global, secara cepat mengubah permintaan konsumen, fasilitas-fasilitas untuk manufaktur masal dibuat lebih fleksible dengan beberapa pendekatan, berdiri sendiri atau kombinasi.

16.4. Organisasi untuk manufaktur 

Tata letak fungsional : 

Disebut juga model tradisional



Pemindahan bahan dengan beberapa peralatan yang fleksible (secara manual, conveyor,truck forklift)



Menjadikan pemindahan bahan yang rumit dan seringkali terdisorganisasi & boros waktu



Tuntutan tinggi karena tiap mesin harus dijaga oleh operator



Rencana manufaktur harus disusun untuk menjamin penggunaan mesin & waktu operator dalam kondisi kerja maksimal, sementara pada saat yang sama harus menjamin produk dimanufaktur dalam jumlah yang benar & dikirim sesuai jadwal



Pengaturan/penyetelan harus dilakukan berkali-kali



Ukuran batch harus dinaikkan tiap ada peluang



Manajemen seperti ini akan meningkatkan waktu pemrosesan & menurunkan kemampuan pabrik untuk merespon customen needs

2. Teknologi kelompok/group technology/GT 

Akan potensial jika aliran manufaktur teranalisis & pabrik diorganisasi ulang



Komponen-komponen dipindahkan dengan pergerakan minimum.



Untuk ukuran batch yang lebih besar, mesin-mesin diletakkan berbaris memanjang ( U atau L) menurut urutan operasi



Operator dapat mengawasi beberapa mesin sehingga produktifitas meningkat.


184


Tugas operator juga lebih bervariasi



Keuntungan dengan prinsip GT : 

Stock Varietas dan kuantitas material & WIP dapat dikurangi.



Rencana manufaktur menjadi lebih sederhana, informasi yang lebih baik dapat dikumpulkan untuk kontrol manufaktur dan perencanaan

c. Biaya-biaya pengadaan alat-alat iris dapat dikurangi dengan standarisasi, waktu pengaturan & penyetelan dapat diminimalkan. d. Waktu pemrosesan total menjadi berkurang 

Waktu tempuh lebih pendek



Tanggapan terhadap kebutuhan konsumen lebih cepat



Kemempuan bersaing meningkat

Gambar 16.5.Perbandingan aliran bahan (a) tata letak fungsional (b) tata letak GT. T=turning (pembubutan), M=milling (pengefraisan), D=drilling (pengedrilan), SG=surface grinding (penggerindaan permukaan),CG=cylindrical grinding (penggerindaan silindris)


185


3. Sel manufaktur fleksibel/flexible manufacturing cell/FMC 

Beberapa iotoperasi dikombinasikan menjadi satu operasi atau lebih,misal : dengan mesin CNC



Tugas operator berkurang,hanya memuat rak-rak tempat komponen yang akan diambil oleh rob



Banyak FMC dilengkapi dengan alat pemeriksa otomatis

Gambar 16.6. tata letak untuk FMC Keunggulan FMC 

Mesin perkakas dengan fleksibilitas yang besar memang lebih mahal tetapi dapat menggantikan beberapa alat potong konvensional



Produkstifitas yang dinyatakan dalam output per mesin jauh lebih tinggi dibandingkan yang konvensional



Produktivitas (dalam output per jam operator) lebih tinggi, modal yang ditanamkan seringkali impas dengan mengoperasikan mesin 24 jam perhari dalam 7 hari kerja.



Karena fleksibilitas yang tinggi, akan mengurangi WIP (seringkali menjadi ¼ dari biasanya)



Kualitas produk meningkat karena minim kesalahan


186

Buku Ajar Proses Manufaktur 16.5. Organisasi perakitan Perakitan secara manual 

merupakan metode yang disukai untuk manufaktur batch atau kelompok kecil



pada kuantitas yang lebih besar, pekerjaan yang berulang, resiko terjadinya kesalahan bila melibatkan ratusan komponen, & efisiensi menyeluruh yang rendah akan membawa kepada upaya-upaya pengorganisasian & pengembangan mekanisasi operasi-operasi perakitan Dengan FMC, maka Sistem manufaktur yang flaksibel (FMS) akan tercapai. FMS sering

dilaksanakan dengan memasang beberapa FMC. Pada prinsipnya dimungkinkan (tetapi tidak harus) untuk membangun perusahaan yang sepenuhnya terotomatisasi.

Gambar 16.7. kecocokan berbagai sistem manufaktur untuk pekerjaan-pekerjaan manufaktur (bergantung pada jenis produk dan banyaknya bahan) Jalur perakitan : dalam perakitan sebuah mesin yang kompleks, memecah oparasi menjadi unit-unit yang lebih kecil akan memudahkan penanganan bahan dengan jaminan bahwa semua komponen dapat disediakan pada tempat & dengan urutan yang tepat 

Jalur perakitan sinkron /syncronous assembly line (dipelopori oleh Henry Ford,1913). 

Unit-unit yang akan dirakit dipindahkan dengan konveyor dengan kecepatan tertentu,



Operator melakukan perakitan. Pekerjaan ini cenderung monoton, sehingga kadang-


187

Buku Ajar Proses Manufaktur kadang menimbulkan ketakpuasan dalam sistem. 

Jalur perakitan tak singkron/nonsyncronous assembly line. 

Memberikan peluang pada operator untuk mengambil keputusannya



Metode ini membrikan kepercayaan pada sekelompok operator untuk melakukan keseluruhan perakitan. Operator diberi kebebasan untuk mengorganisir diri mereka sendiri dan juga melakukan fungsi kontrol kualitas



Sistem perakitan fleksibel / flexible assembly system/FAS. 

Robot biasanya digunakan pada perakitan FAS



Perakitan secara otomatis akan berhasil hanya jika rancangan produk yang ada dimodifikasi agar memenuhi perkiraan keterbatasan & kemampuan perakitan otomatis

16.6. Manajemen kualitas 

tujuan manufaktur adalah : penciptaan produk yang andal, yaitu produk yang akan melakukan fungsi yang diharapkan, pada kondisi yang ditetapkan, untuk jangka waktu yang ditentukan.



Keaalandalan / reliability adalah peluang suatu produk akan mengerjakan fungsinya itu, biasanya dinyatakan dalam persentase.



Kualitas adalah kesesuaian terhadap spesifikasi tertulis (aspek kualitas sulit didefinisikan secara tepat namun dapat dengan mudah dinilai secara sebjektif)

Sekilas Pandangan tentang kualitas : 

Edward Demming : menekankan kerja sama antar departemen & semua personal dalam melayani kualitas & pelanggan.



Joseph M.Juran : peta rencana & pedoman kualitas Juran (Juran’s quality road map) mengarahkan pelanggan ke proses pembuktian & kualitas produk akhir.



Genichi Taguchi : menambah konsep rugi-rugi kualitas / quality loss function yang mencerminkan kerugian bagi produsen mulai dari biaya penolakan,perbaikan dan ketakpuasan pelanggan. Taguchi juga ditujukan untuk menghasilkan nilai target, bukan hanya memenuhi spesifikasi, karenanya, pendekatan kualitas ini dapat diukur. (gambar 8)


188


Gambar 16.8. Tradisional : produk dianggap memiliki nilai yang sama sepanjang memenuhi spesifikasi (garis lurus), Taguchi : ada rugi-rugi ketika menyimpang dari nilai target (garis putus-putus) 16.7. Kesimpulan Kesimpulan 1 Pemindahan bahan dapat menghabiskan paling banyak waktu dan mungkin akan membatasi produktivitas mesin-mesin perkakas. Oleh karena itu,komponen-komponen dan alat iris harus diangkut, secara manual maupun dengan peralatan mekanis sehingga kebutuhan akan komponen-komponen dan alat-alat iris tersebut semuanya tersedia. Kesimpulan 2 Piranti-piranti yang dapat diprgram seperti robot (terutama yang dilengkapi dengan elemenelemen kecerdasan buatan) dan kendaraan yang dijalankan secara otomatis memadukan fleksibilitas dan produktivitas. Pemasngan pada perkakas penetap/fixturing atau penempatan komponen-komponen dalam palet akan memungkinkan tercapainya pengaturan atau penyetelan yang cepat dan akurat


189

Buku Ajar Proses Manufaktur Kesimpulan 3 Kuantitas,laju manufaktur, kesamaan fitur dan urutan operasi akan menenukan metode yang paling cocok dalam organisasi manufaktur. Manufaktur batch atau kelompok kecil untuk unit-unit yang sangat bervariasi membutuhkan mesin-mesin yang berdiri sendiri. Jika kemiripannya meningkat,FMC atau FMS dapat dijalankan dengan mudah dan ekonomis, baik untuk batch kecil maupun besar Kesimpulan 4 Perakitan dilakukan secara manual atau otomatis. Otomatisasi mungkin dilakukan secara fleksibel ataupun tetap, bergantung pada jumlah dan ragam manufaktur. Beberapa fleksibilitas sering digabungkan, bahkan dalam manufaktur massal ,dibantu dengan pengiriman just in time komponen-komponen dari batch kecil Kesimpulan 5 Manufaktur dengan biaya terendah dicapai ketika masing-masing dan setiap komponen yang dihasilkan memenuhi persyaratan kualitas. Oleh karena itu, proses yang dikontrol secar statistik – yang menjamin bahwa kualitas dibangun, bukan diperiksa, dalam produk-dapat menjadi paling menguntungkan & membantu mengamankan pasar dalam lingkungan yang kompetitif. Kesimpulan 6 Proses yang terbaik akan gagal tanpa didukung oleh manajemen yang kuat, sebaliknya, manajemen yang paling baik tidak akan berarti apa-apa jika proses pada dasarnya tidak kompetitif


190

BUKU AJAR PROSES MANUFAKTUR. Oleh : Tim Dosen Laboratorium Proses Manufaktur Program Studi Teknik Industri

Recommend Documents