Sifat Mampu Bentuk Bahan Logam, Deep Drawability

Deep Drawability Baja Lembaran

Limtting Drawing Ratio, LDR

Sifat material yang cukup berpengaruh terhadap proses pembentukan deep drawing adalah nilai rm, yaitu koefisien anisotropy normal. Sedangkan besaran yang menjadi ukuran deep drawability adalah LDR (limtting drawing ratio). Nilai LDR ini dapat diperoleh dari uji simulasi deep drawing dengan menggunakan berbagai diameter Blank yang berbeda dan diameter punch yang tetap. Nilai ini dapat dipergunakan sebagai batas operasi deep drawing.

Batas drawing ratio yang dapat dicapai oleh suatu baja lembaran dikenal dengan istilah “limitting drawing ratio” (LDR) yaitu perbandingan antara diameter blank maksimum, dbmax yang dapat dibentuk menjadi sebuah produk berupa kup/mangkuk dengan diameter punch, dp tertentu sesuai persamaan:

LDR = dbmax / dp

Bakalan dan Mangkuk

Gambar 1. Diameter Bakalan dan Diameter Punch Atau Mangkuk. Tebal Mangkuk Sangat Tipis, Maka Dimeter Punch Dapat Dianggap Sama Dengan Diameter Mangkuk

Nilai LDR ini dinyatakan sebagai deep drawability dari baja lembaran. Nilai LDR dipengaruhi oleh nilai rm yaitu koefisien anisotropi plastik normal yang menunjukkan ketahanan baja lembaran terhadap penipisan. Dengan demikian dapat dikatakan bahwa deep drawability akan menjadi lebih baik jika baja lembaran yang digunakan mempunyai nilai rm tinggi atau dengan kata lain bahwa nilai LDR akan meningkat jika nilai rm meningkat.

Ketergantungan nilai LDR terhadap nilai rm dapat dilihat dari persamaan matematis yang diberikan oleh  Whiteley.  Persamaan matematis tersebut menggunakan  faktor efisiensi η = 0,74 – 0,79 yang sebenarnya merupakan faktor lain yang turut menentukan besarnya nilai LDR.

Ln (LDR) = η [(1 + rm)/2]0.5       (persamaan 1)

Nilai faktor efisiensi, η dipengaruhi oleh pelumasan, gesekan, tekanan pemegang bakalan, ketebalan lembaran dan die-radius. Persamaan matematis lain yang dapat digunakan untuk melihat pengaruh nilai rm tehadap LDR dapat dilihat dari persamaan yang diturunkan oleh Hosford, seperti ditunjukkan pada persamaan berikut:

Ln (LDR) = η (2r/(1 + rm)]0,27  (persamaan 2)

Pada kedua persamaan tersebut dapat dilihat bahwa nilai LDR dipengaruhi oleh dua variabel yaitu variabel mateial dan operasi. Pada material, variabel yang  berpengaruh adalah sifat mampu bentuknya yaitu nilai rm. Sedangkan variabel-variabel operasi yang berpengaruh terhadap perubahan nilai LDR tercakup dalam faktor efisiensi, η.  Dari sini jelas bahwa keberhasilan pembentukan tidak hanya tergantung pada sifat materialnya, tetapi juga pada faktor proses deep drawing-nya.

Pengaruh Nilai r Terhadap LDR

Gambar 2. Pengaruh Nilai rm Terhadap Nilai Limitting Drawing Raito

Pengaruh Anisotropi Plastis.

Adanya perbedaan sifat kristal-kristal yang berorientasi acak pada lembaran baja akan menghasilkan anisotropi (sifat yang tidak sama ke segala arah) yang mempengruhi sifat mekanik baja. Pada struktur kristal baja bcc, kekuatan tertinggi berada pada arah diagonal  <111>. Arah <110>, arah pada diagonal bidang memiliki kekuatan yang lebih rendah dan <100> adalah arah dengan kekuatan terendah.

Anisotropi plastis adalah suatu perbedaan sifat plastis logam pada berbagai arah. Kondisi ini biasa terjadi pada logam yang mengalami proses canai dingin (cold rolling). Munculnya gejala anisotropi plastis karena terbentuknya orientasi pilihan tekstur kristalografi (Preferred orientation crystallographic texture).

Sifat anisotropi secara kuantitatif dinotasikan sebagai nilai Lankford atau nilai r, yaitu plastic strain ratio.  Nilai r didefinisikan sebagai perbandingan antara regangan pada arah lebar dengan arah tebal sesuai dengan persamaan:

r    = εw/ εt                                                                                                   

      = ln(wo/wi) / ln(to/ti)

εw  = regangan arah lebar

εt   = regangan arah tebal

wo  dan to   = lebar dan tebal awal

wi  dan ti     = lebar dan tebal setelah pengujian.

Nilai koefesien anisotropi normal merupakan nilai rata-rata pengukuran dari berbagai arah yaitu diambil dari arah uji tarik dengan rentang 45o terhadap arah rolling dari lembaran. Tanda subskrip pada persamaan  merupakan sudut terhadap arah canai (rolling). Karena nilai r ini tidak sama untuk arah yang berbeda, maka nilainya merupakan nilai rata-rata dari setiap arah yaitu:

rm = 1/4 (ro + 2r45  + r90)

Notasi 0, 45 dan 90 pada nilai r menunjukkan sudut terhadap arah rolling seperti ditunjukkan pada Gambar 3.

Sampel Untuk Uji Anisotropi rm

Gambar 3. Posisi Sampel Pada Plat Untuk Uji Anisotropi rm

Harga rm ini menunjukkan ketahanan baja lembaran terhadap penipisan. Secara kualitatif dapat dikatakan bahwa deep drawability akan menjadi lebih tinggi jika baja lembaran yang digunakan mempunyai ketahanan terhadap penipisan yang lebih tinggi. 

Jika material dengan nilai rm = 1, maka regangan arah lebar sama dengan regangan arah tebal, material ini memiliki sifat isotropi. Material dengan nilai rm > 1 menunjukkan bahwa material tersebut memiliki regangan dalam arah tebal (εt)  yang lebih kecil, sehingga material tidak mudah menipis pada saat ditarik. Material dengan nilai rm < 1 akan memiliki regangan arah tebal yang besar, sehingga akan mudah menipis pada bagian dindingnya, bahkan dinding mangkuk dapat robek. Dengan demikian nilai rm dapat digunakan untuk menunjukkan ketahanan baja lembaran terhadap penipisan. Secara kualitatif dapat dikatakan bahwa deep drawability akan menjadi lebih baik jika baja lembaran yang digunakan mempunyai ketahanan terhadap penipisan yang lebih tinggi atau nilai rm yang tinggi.

Pustaka:

  1. Dieter, G.E., 1986,”Mechanical Metallurgy”, Mc. Graw-Hill, New Jersey.
  2. Dieter, G.E., 1988,”Workability Testing Techniques”, ASM, Metal Park, Ohio.
  3. Hobbs,R.M., 1974,”BPH Technical Bulletin”, Broken-Hill Proprietary Co., Ltd., Vol. 18.N0. 2.
  4. Hutchinson, W.B., 1984, “International Metal Riviews”, vol 29, No. 1.
  5. Hosford, W. F., 1993, “Metal Forming, Mechanics & Metallurgy”, Second edition, Printice-Hill, Inc., New Jersey.
  6. Lange, K. 1985, “Handbook of Metal Forming”, MC Graw-Hill, New Jersey.
  7. Backofen, W. A., 1972, “Deformation Processing”, Addison-Willey Publishing Company, Massachusett.

Gambar:

  1. www://ardra.biz