ekstrusi logam

Please Visit www.badaicommunity.co.tv for more

Extrusi oleh Fermandes Simamora Mechanical Engineering

D I C I P T A K A N

O L E H

FERMANDES SIMAMORA ME-4E

0905012141

http://www.badaicommunity.co.tv/



Ekstrusi Pendahuluan

Ekstrusi adalah proses untuk membuat benda dengan penampang tetap.

Proses Ekstrusi yang diperkenalkan sekitar tahun 1700 bermula dengan memperkenalkan

ekstrusi bahan logam, dengan mengekstrusi pipa lead. Dalam prosesnya sebuah billet bulat di

tempatkan dalam sebuah chamber dan didorong melalui sebuah cetakan terbuka dengan

menggunakan sebuah ram. Hasil produk , keluar dari die dengan pengurangan penampang

permukaan. Proses ekstrusi sederhana ditunjukkan pada gambar 1 dibawah ini.

Proses ekstrusi dapat diperlakukan dalam bentuk kerja panas maupun dingin, walaupun

demikian, proses kerja panas lebih banyak dipraktekkan untuk berbagai jenis metal karena

mengurangi gaya dorong yang diperlukan. Logam-logam seperti lead, copper, aluminium,

magnesium dan paduan dari logam ini umumnya mudah dilakukan proses ektrusi karena

logam ini memiliki kekuatan luluh yang rendah dan begitu juga dengan suhu ekstrusinya.

Ekstrusi untuk bahan logam dibagi atas empat jenis tipe yaitu ekstrusi langsung (direct);

ekstrusi tidak langsung (indirect), ekstrusi hidrostatis dan ekstrusi impak.




1.1. Ekstrusi langsung

Proses ekstrusi ini merupakan proses ekstrusi yang paling sederhana. Dalam

pengerjaannya sebuah material dasar ditempatkan pada chamber yang berbentuk silinder

kemudian sebuah dammy blok ditempatkan dibelakang-nya. Kemudian gaya dorong diberikan

melalui sebuah ram mendorong material melalui cetakan (die) pada ujung silinder. Die ini

dapat didesain sesuai dengan bentuk geometri yang diinginkan misalnya bentuk bulat,

persesi, persegi panjang dan bentul: lain yang lebih kompleks seperti bentuk Z, bentuk H dan

bentuk U.

1.2. Ekstrusi tidak langsung

Dalam prosesnya, sebuah die digerakkan kearah material sedangkan material tidak bergerak

lagi dalam chamber. Teknik ini adalah kebalikan dari proses ekstrusi langsung. Proses ini

memerlukan gaya yang lebih kecil dibandingkan dengan ekstrusi langsung karena lebih

sedikit gesekan yang terjadi.

1.3. Ekstrusi hidrostatik

Pada prosesnya, ruang chamber diisi dengan fluida yang mentransmisikan tekanan ke billet,

yang kemudian di ekstrusikan melalui cetakan. Dalam proses ini, tidak ada gesekan

sepanjang dinding silinder.

1.4. Ekstrusi Impak

Proses ini adalah salah satu bentuk ekstrusi tak langsung. Pada prosesnya, sebuah punch

dijatuhkan kearah material. Proses ini digunakan untuk menghasilkan bentuk berongga.

Bahan - bahan material lunak seperti zink, lead dan tin cocok untuk proses ekstrusi jenis ini.

Pada saat ini, proses ekstrusi bukan hanya sekedar pada bahan logam saja tetapi juga telah

dikembangkan untuk bahan polimer (tennoplastik) Dalam prosesnya, gaya dorong bukan lagi

dihasilkan melalui sebuah ram, melainkan sebuah poros berulir (screw) yang bertugas seperti

ram yaitu mendorong bahan polimer hingga keluar dari die.




Keuntungan dari proses ekstrusi adalah bisa membuat benda dengan penampang yang

rumit, bisa memproses bahan yang rapuh karena pada proses ekstrusi hanya bekerja tegangan

tekan, sedangkan tegangan tarik tidak ada sama sekali. Aluminium, tembaga, kuningan, baja

dan plastik adalah contoh bahan yang paling banyak diproses dengan ekstrusi. Contoh barang

dari baja yang dibuat dengan proses ekstrusi adalah rel kereta api.

Di antara teori klasik untuk analisis proses pembentukan logam, Teori Kerja Ideal,

sebagaimana telah disinggung dalam Bab sebelumnya, termasuk metode analisis paling

sederhana yang dilakukan dengan menggunakan prinsip-prinsip kesetimbangan energi

atau kerja. Prinsip dasar dari teori ini adalah bahwa kerja eksternal yang dilakukan pada

proses pembentukan logam adalah sama dengan jumlah konsumsi energi untuk aliran logam

dan deformasi plastis.

Beberapa asumsi diperlukan untuk menyederhanakan masalah, sehingga suatu proses

pembentukan logam dapat dianalisis. Asumsi-asumsi penting yang digunakan adalah bahwa:

1. Kerja eksternal yang diperlukan sama dengan kerja internal untuk deformasi plastis.

2. Pengaruh friksi dapat diabaikan.

3. Deformasi tak homogen dianggap tidak terjadi.

Berdasarkan asumsi tersebut di atas, maka proses pembentukan logam dapat

dianggap sebagai suatu proses ideal, di mana perubahan bentuk yang diinginkan dapat

dihasilkan melalui proses deformasi plastis homogen, seperti yang misalnya terjadi pada

proses ekstrusi dan penarikan yang aksi-simetris.

Di dalam Bab ini akan dibahas persamaan umum dari kerja ideal, aplikasinya di dalam proses

ekstrusi, proses penarikan logam, dan proses lainnya, baik untuk memprediksi beban yang

diperlukan pada operasi pembentukan logam atau untuk menentukan parameter-parameter

penting lainnya, seperti regangan kritis atau batas reduksi pembentukan.

http://id.wikipedia.org/wiki/Aluminium

http://id.wikipedia.org/wiki/Baja

http://id.wikipedia.org/wiki/Plastik

http://id.wikipedia.org/wiki/Rel

http://id.wikipedia.org/wiki/Kereta_api




Proses

Logam - Bahan baku dipanaskan terlebih dahulu agar menjadi lunak. Setelah itu

dimasukkan dalam container. Sebuah ram (stempel) menekan bahan tersebut melalui sebuah

die (cetakan). Akibatnya bahan menjadi mulur dan terbentuk sesuai dengan penampang die.

Perkiraan nilai faktor efisiensi pada beberapa proses pembentukan logam yang penting dapat

dilihat pada tabel berikut ini. Nilai-nilai tersebut diperoleh secara empiris dari percobaan :

Aplikasi Teori Kerja Ideal Pada Proses Pembentukan Logam

Perhatikanlah proses ekstrusi aksi-simetris berikut ini. Kita akan mencoba untuk

memprediksi tekanan ekstrusi, Pe, dengan menganggap bahwa kerja aktual yang diberikan

sama dengan kerja internal yang diperlukan untuk terjadinya aliran logam dan deformasi

plastis. Dengan asumsi bahwa proses pembentukan logam adalah incompressible (volume

konstan) serta menganggap bahwa kerja adalah hasil kali skalar gaya, Fe dan perpindahan Dl,

maka dapat dibuktikan bahwa Tekanan Ekstrusi, Pe adalah sama dengan Kerja Aktual per

satuan Volume, wa.

http://id.wikipedia.org/wiki/Ram

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Die&



Dari persamaan di atas kemudian dapat diturunkan persamaan umum untuk tekanan

ekstrusi, Pe menurut teori kerja ideal pada Gambar 2-5. Tegangan dan regangan yang

digunakan dalam persamaan tersebut adalah tegangan dan regangan efektif dari material.

Tegangan penarikan pada proses penarikan logam aksi-simeteris dapat pula

diturunkan sebagaimana halnya tekanan ekstrusi. Tegangan penarikan dalam hal ini adalah

sama dengan gaya tarik dibagi dengan luas penampang kawat yang telah ditarik atau keluar

cetakan.




Tekanan ekstrusi dan tegangan penarikan dapat diperkirakan dengan memasukkan

faktor efisiensi yang untuk proses ekstrusi dan penarikan kawat yang dari hasil percobaan,

diketahui nilainya berturut-turut berkisar antara 0.5-0.65 dan 0.55-0.70.

Dengan memasukkan faktor efisiensi, persamaan Tekanan Ekstrusi dan Tegangan Penarikan

dapat dituliskan kembali dalam bentuk sebagai berikut.




Jika efek dari pengerasan regangan dianggap kecil, misalnya pada proses pengerjaan

panas atau jika material sebelumnya telah mengalami pengerjaan dingin, maka dapat

digunakan tegangan alir rata-rata yang bekerja pada rentang regangan tertentu, sehingga

persamaannya dapat disederhanakan menjadi sebagai berikut:

Teori kerja ideal dapat pula diaplikasikan untuk proses pembentukan lainnya. Untuk

proses penempaan (forging), kondisi idealnya adalah pada pengujian tekan tanpa gesekan

(frictionless compression test), sedangkan untuk proses pengerolan (rolling) kondisi idealnya

adalah pada pengujian tarik regangan bidang (plane strain compression test).




ANALISIS SLAB Secara umum seluruh teori analisis pembentukan logam dapat digunakan untuk

memprediksi beban eksternal yang diperlukan untuk terjadinya aliran logam atau deformasi

plastis. Pendekatan teoritis cukup berguna, khususnya untuk prosesproses pembentukan

logam utama seperti penempaan, pengerolan, ekstrusi, dan penarikan. Teori Kerja Ideal, yang

telah dibahas di dalam Bab sebelumnya cukup efektif untuk menganalisis proses

pembentukan logam, di mana deformasi yang terjadi adalah homogen. Seperti halnya Teori

Kerja Ideal, teori analisis slab yang akan dibahas dalam Bab ini juga menggunakan prinsip-

prinsip kesetimbangan gaya. Kelebihan teori ini dibandingkan dengan Teori Kerja ideal

adalah bahwa teori ini dapat digunakan untuk memprediksi tegangan dan regangan lokal pada

proses pembentukan logam, sehingga dapat digunakan untuk menganalisis kegagalan, baik

pada kegagalan pada produk akhir maupun kerusakan pada perkakas. Kelebihan lain dari

teori ini adalah dalam hal menentukan faktor efisiensi. Berbeda dengan Teori Kerja Ideal di

mana faktor efisiensi sepenuhnya ditentukan secara empiris, pada teori analisis slab,

parameter penting proses pembentukan logam yang dapat diukur atau telah diketahui secara

teoritis telah terakomodasi di dalam perhitungan. Proses-proses pembentukan utama seperti

penempaan, pengerolan,

ekstrusi, dan penarikan, dapat dianalisis secara teoritis dengan tingkat akurasi yang cukup

baik. Di samping itu, teori ini dapat juga membantu kita di dalam memahami berbagai rumus

dan formula empiris yang seringkali digunakan pada praktek pembentukan logam yang lebih

kompleks.

Deformasi Regangan Bidang (Plane Strain Deformation) akan menghasilkan suatu

keadaan tegangan yang dapat dianggap sebagai Deformasi Geser Murni (Pure

ShearDeformation) bersama-sama dengan Tegangan Hidrostatis (Hydrostatic Stress) yang

besarnya dapat bervariasi dari satu daerah deformasi ke daerah deformasi lainnya.




Mesin ektrusi ini mempunyai bagian utama berupa sebuah poros berulir (screw) yang

berfungsi untuk mendorong dan menekan bahan pellet hinnga keluar dari die. Bagan utama

alat ekstruder ini adalah seperti pada gambar dibawah ini.




a. Bagian masuk (feeding section)

Adalah bagian yang mempunyai diameter ulir yang konstan dan daerah tempat bahan

mengalir tentu saja juga konstan, yang membawa bahan baku menujubagian kompresi

(bagian pelumatan/ pengliatan).

b. Bagian kompresi (compression section)

Pada bagian kompresi ini, diameter poros screw meningkat secara kontiniu sedangkan

sebaliknya daerah bebas alir dari bahan makin mengecil, disini bahan polimer dilunakan/

diliatkan. Pada daerah ini juga bahan polimer dipanaskan hingga suhu tertentu agar bahan

poilimer dapat mengalir dengan lancar, Sedangkan untuk menjaga agar barrel tidak kelebihan

panas, maka dipasang blower untuk mengatur suhu barrel agar bertahan pada suhu tertentu.

Setelah melewati bagian kompresi, bahan kemudian dibawa pada bagian akhir.

c. Bagian akhir (metering section)

Bagian ini sama dengan daerah pemasukan yang mempunyai daerah bebas alir yang konstan,

namun daerah bebas alirnya lebih kecil. Di sini bahan akan mengalami kenaikkan suhu lagi

karena tekanan geser clan gesekan pada daerah ini cukup besar.

Seperti proses kerja dari mesin mesin lain yang dapat mengalami kehilangan (loses), mesin

ekstrusi juga demikian. Kehilangan dalam mesin ekstrusi umumnya kecil dan nilainya dapat

diabaikan. Kehilangan ini biasanya terjadi pada celah antara poros dan barrel. Sebagai

batasannya, tekanan balik akan menjadi lebih tinggi dan menurunkan nilai output hingga ke

nol, pada saat ini, qdr = qbp karenanya, tekanan maksimum adalah :




Dari keempat persamaan diatas maka dapat digambarkan suatu kurva karakteristik untuk

mesin ekstrusi seperti pada gambar dibawah ini.

Gambar 5. karakteristik output dari mesin ekstrusi yang diberikan

Nilai dari konstanta ini diberikan pada table 1 dibawah ini:




Cetakan (Die) Aliran bahan polimer yang melewati cetakan selalu akan menimbulkan tekanan balik (back

pressure) dan ini tentu saja harus diperhitungkan jika ingin menghitung output dari sebuah

ekstruder. Untuk bentuk aliran dalam saluran silinder sederhana, laju aliran diberikan oleh

persamaan poiseuille

Dimana : Dd = diameter cetakan L1= panjang daerah cetakan

ηa = viskositas apparensi

Proses Calendaring

Proses calendaring merupakan salah satu aplikasi (perlakuan) terhadap hasil produksi dari

die. Dalam hal ini hasil ekstrusi yang berupa lembaran yang baru keluar dari die dilewatkan

pada banyak roll. Dalam prosesnya, lembaran yang masih tebal yang melewati rol pertama

akan dilakukan pelebaran ukuran, rol yang kedua bekerja sebagai peralatan pengukur dan rol

yang ketiga mengeset dan mengatur agar bahan polimer didinginkan yang kemudian

diberikan hembusan udara melalui blower dan juga disini dilakukan kontrol ketika akan

dililitkan ke drum.

Bentuk dari proses calendaring diberikan pada gambar berikut :


ekstrusi logam

Documents