Kemampuan bentuk lembar logam adalah teknologi yasng besar dan ketertarikan ekonomik, dan hal tersebut pada umumnya mendefinisikan kemampuan lembar logam yang mengalami pembentukan sesuai dengan bentuk yang diinginkan tanpa mengalami kegagalan, seperti necking, retak atau robek. Seperti yang akan kita lihat secara keseluruhan pada akhir judul ini , lembar logam (dipertimbangkan ukuran part) dimungkinkan mengalami dua dasar perubahan bentuk : (1) stretching dan (2) drawing . ada perbedaan yang penting antara dua mode ini, dan parameter perbedaanya terlibat untuk menentukan kemampuan pembentukan untuk dua kondisi yang berbeda ini. Bagian ini menjelaskan metode umum yang digunakan untuk memprediksi kemampuan bentuk. Cupping test. Test yang paling dulu dikembangkan untuk memprediksi kemampuan bentuk lembar logam adalah cupping test (gambar 16.13a). pada erichsen test, lembar specimen dicekam diantara dua bulatan , die yang rata, dan bola baja atau punch yang bulat ditekan pada lembaran sampai mulai retak untuk dimunculkan pada specimen yang di stretching. Kedalaman punch, d, pada daerah yang mengalami keretakan adalah sebuah ukuran dari kemampuan pembentukan lembaran logam. Meskipun hal ini dan beberapa test yang serupa mudah untuk dilakukan, tetapi tidak dapat disimulasikan pada suatu kondisi tertentu pada operasi pembentukan sebenarnya, dan karena tidak dapat diutamakan, khususnya pada part yang rumit.
Gambar 16.13 (a) Sebuah test kelengkungan ( erichsen test ) untuk menentukan kemampuan bentuk dari sheet metal ( b ) Bulge-test pada plat baja pada kelebaran bermacam-macam. Contoh yang palaing kanan adalah subjec simple tention. Contoh yang paling kanan dengan equal biaxsial streching. Sumber :
Gambar 16.14 (a ) tegangan pada perubahan sirkular kisi. ( b) Forming limit diagram ( FLD ) untuk bermacam sheet metal. Walaupun ketegangan mayor selalu positif. (meregang ) ketegangan minor bisa saja positif atau negatif. R adalah anistropy normal plat. Seperti yang digambarkan pada gambar 16.4 Sumber : After S.S. Hecker
Gambar 16.15 Pola perubahan kisi dan butiran sheet metal selama perubahan, Sumber mayor dan minor dari lingkaran digunakan untuk menentukan koordinate pada forming- limit diagram pada gambar
Diagram batas pembentukan. Sebuah kemajuan yang signifikan dalam mengetest kemampuan pembentukan lembaran logam adalah pengembangan dari diagram batas pembentukan seperti yang ditunjukan pada gambar 16.14. FLD digunakan pada logam-logam khusus yang dikonstruksi dengan penandaan lembaran logam-logam dengan pola lingkaran (lihat gambar 16.15), menggunakan elektokimia atau teknik fotoprinting. Hasil blanking kemudian di-strectching dengan menggunakan sebuah punch (gambar 16.13a), dan deformasi dari lingkaran-lingkaran tadi diamati dan diukur pada bagian yang mengalami keretakan (necking dan tearing). Meskipun diameternya 2.5-5 mm untuk meningkatkan kecermatan pengukuran, lingkaran harus dibuat sekecil dan sepraktis mungkin.
Untuk memperbaiki hasil stretching yang tidak sama dengan simulasi proses pembentukan lembaran logam yang sebenarnya , specimen dipotong dalam lebar yang berbeda beda (gambar 16.13) dan kemudian dilakukan test pada specimen tersebut. Ingat bahwa sebuah specimen kotak (jauh di sebelah kanan pada gambar) membentuk peregangan aksial ganda (seperti meledakan sebuah balon yang berbentuk bola), sedangkan batas specimen (jauh di sebelah kiri gambar) mendekati bentuk peregangan aksial tunggal (hal tersebut adalah tegangan yang sederhana). Setelah berbagai macam test dilakukan, terutama pada lembar logam dan pada luasan yang berbeda , diagram batas pembentukan menunjukan batas-batas antara kegagalan dan keamanan (gambar 16.14b).
Dalam masa perkembangan diagram limit batas pembentukan, mayor minor peregangan enginering seperti yang diukur dari deformasi bulatan sebenarnya dapat diperoleh. Dengan catatan pada gambar 16.14a bahwa bulatan sebenarnya telah dibentuk menjadi ellips. Sumbu utama ellips menunjukan arah mayor dan besarnya peregangan. Peregangan utama adalah peregangan eginering pada arah tersebut dan hal itu selalu positif, karena lembar telah diregangkan. Sumbu minor dari ellips menunjukan besarnya pengkerutan atau penyusutan pada arah garis lintang.
Bagaimanapun, bahwa peregangan minor bisa menjadi positive atau negatif. Untuk contohnya, jika bulatan ditempatkan pada titik tengah dari specimen uji tarik dan kemudian diregangkan dengan searah (uji sederhana). Specimen tersebut akan lebih mengecil ketika diregangkan (seperti efek perbandingan pison), maka peregangan minor akan negative. (Sifat ini bisa mudah ditunjukan dengan meregangkan sebuah bahan karet dan mengamati perubahan dimensi yang dialaminya.) Pada sisi lain, jika kita menempatkan bulatan pada sebuah balon karet berbentuk bola dan memompanya maka peregangan minor dan mayor keduanya positif dan memiliki besaran yang sama.
Dengan membandingkan daerah permukaan bulatan dengan bulatan yang telah berdeformasi pada lembar yang telah dibentuk, kita juga dapat menentukan seberapa tebal lembar yang telah berubah ketika berdeformasi, kita mengatahui bahwa jika area bulatan yang terdeformasi itu lebih besar dari bulatan sebelumnya, maka lembar menjadi lebih tipis. Fenomena ini dapat mudah diilustrasikan dengan meniup sebuah balon dan melihatnya maka balon tersebut akan menjadi lebih transparan tergantung diregangkannya (karena balon tersebut telah menjadi lebih tipis).
Data yang diperoleh dari lokasi yang berbeda pada setiap sampelnya ditunjukan pada gambar 16.13b dan tertera pada gambar 16.14b.dan kurvanya menunjukan batasan antara titik gagal dan titik aman untuk setiap tipe logam, dan seperti yang dicatatkan, kurva tertinggi adalah tingkat pembentukan yang paling baik dari bahan logam tersebut. Seperti yang diharapkan, perbedaan material dan kondisi (seperti pekerjaan dingin dan perlakuan panas) memiliki dagram bantas pembentukan yang berbeda.
Menggunakan alumunium campuran pada gambar 16.14b sebagai contoh, jika lokasi bulatan tertentu pada lembar mengalami peregangan mayor dan minor dengan plusnya 20% dan minusnya 10% berturut-turut, maka tidak akan ada robek pada lokasi specimen tersebut. Di sisi lain jika peregangan mayor dan minor plusnya 80% dan minusnya 40% berturut-turut, pada lokasi lain, maka akan menimbulkan robek pada daerah specimen tersebut. Sebuah sampel dari part lembar logam yang dibentuk dengan pola grid ditunjukan pada gambar 16.15. dengan catatan deformasi dari pola bolat pada vesinitas robek ada pada lembar yang dibentuk.
Hal itu sangat penting melihat bahwa pada diagram batas pembentukan terdapat sebuah tekanan peregangan minor dari 20% hubungan peregangan mayoryang lebih tinggi dari sebuah tarikan positif peregangan minor pada besaran yang sama. Dengan kata lain hal tersebut sangat diinginkan bahwa peregangan minor menjadi negatif (dengan makna, penyusutan pada arah minor). Pada pembentuka part yang rumit, alat khusus dapat didesain untuk mendapatkan keuntungan dengan memanfaatkan efek peregangan minor pada pembentukan.
Efek dari ketebalan lembaran pada diagram batas pembentukan adalah menaikan kurva pada gambar 16.14b. semakin tebal lembar, kurva pembentukannya semakin tinggi, dan lebih dapat dibentuk. Disisi lain, pada operasi pembentukan aktual, benda yang tebal tidak mudah dibengkokan seperti pada plat tipis tanpa retak (seperti yang dijelaskan pada bagian 16.5 bending ). Gesekan dan pelumasan pada pertemuan antara punch dan permukaan lembar logam juga faktor prnting pada hasil test. Dengan pengolesan pelumasan yang baik peregangan pada lembar didistribusikan lebih tidak seragam pada punch. Juga seperti yang diharapakan dan tergantung pada material dan sensitifitas potongnya, kekasaran permukaan, dalamnya garis permukaan dan cacat hal itu dapat mengurangi kemampuan bentuk secara signifikan dan menjurus ke arah perobekan lebih awal dan kegagalan dari part tersebut.
16. 5 Bending sheet, plates dan tubes
Bending adalah operasi pembentukan umum pada industri. kita selalu melihat pada bodi
otomitif, peralatan, penjepit kertas, dan lainnya, berapa banyak part yang dibentuk dengan bending. Lagipula, bending juga dapat menambah kekakuan pada part dengan mengrangi momen inersianya. Sebagai contoh, bagaimana korugasi, pinggiran roda, manik-manik dan klem penjepit meningkatkan kekakuannya tanpa menambah beratnya. Sebagai contoh yang spesifik, amatilah diametri kekakuan sebuah logam bisa dengan atau tidak dengan sirkumferensi beading (lihat juga beading).
Istilah yang digunakan pada bending sebuah lembar atau plat ditunjukan pada gambar 16.16. bahwa bagian luar tekukan mengalami peregangan dan bagian dalam tekukan mengalami pengkerutan. Karena ada efek poison, lebar dari part (panjang
bending, L) menjadi lebih kecil pada bagian luarnya dan dan lebih besar pada bagian dalam daripada lebar sebenarnya (bisa dilihat juga pada gambar 16.17c) fenomena ini dapat mudah diamati dengan membengkokan sebuah penghapus karet kotak dan diamati perubahan bentuknya.
Gambar 16.16 Bending terminology. Ingat bahwa radius bending diukur pada permukaan inner part
Gambar 16.17 (a) dan (b) adalah effect dari perpanjangan inklusi ( pengelupasan) pada peristiwa crak, seperti fungsi tujuan dari proses benduig yang mengarah pada proses asli pengerolan pada lembaran (c)
crak pada lapisan luar pada potongan alumunium membentuk bengkokan dengan sudut 90 0 , juga tercatat bagian yang menyempit pada lapisan bawah pada bending area.
Seperti ditampilkan padaa gambar 16.16, kelonggaran tekuk, Lb , adalah jarak dari aksis netral pada penekukan dan digunakan untuk menentukan panjang dari lembaran untuk bagian yang akan ditekuk, posisi pada aksis netral, bagaimanapun bergantung pada radius dan derajat penekukan (seperti yang dituliskan pada material mekanik) Rumus untuk kelonggaran bending diberikan dengan :
Lb = a (R + kt)
Dimana sudut
α
adalah sudut tekuk ( radian) , T adalah luas lembaran, R adalah Radius Bending dan R adalah konstan, pada prakteknya R nilainya bermacam – macam dari 0,33 ( untuk R < 2 T) sampai 0,5 (untuk R > 2T) , catatan untuk kasus yang sesuai, netral axis adalah pusat dari luas lembaran , k = 0,5 dan karena ituLb =
α
+ 2 1 RRadius Tekuk minimum, Radius Tekuk minimum keretakan pertama terlihat pada bagian luar serat pada lembaran yang tertekuk ini menunjukan radius tekuk minimum, ini dapat ditunjukan seperti tekuk tarik, pada bagian luar dan dalam serat pada lembaran selama proses bending diberikan dengan :
e =
(
2 /)
1 1+
T R
Demikian, sepetti R/T mengurangi ( ini adalah , seperti rasio pada radius bending menjadikan luas permukaan semakin kecil), tegangan tarik pada bagian luar serat meningkat, dan material akhirnya menghasilkan kracking. Radius tekuk biasanya diperlihatkan ( berbanding terbalik) pada sebagai sarat pada luas permukaan , seperti 2T, 3T, 4T dab seterusnya, ( Lihat table 16.3) demikian , sebuah 3T radius tekuk minimum diindikasikan sebagai radius terkecil juga dimana lembaran dapat dibengkokan tanpa retak tiga kali dari luas permukaannya.
Disana juga terjadi hubungan yang terbalik antara kemampuan benda ditekuk dan pengurangan tarik pada area material, bending radius minimum R , itu diperlukan
R = T 50 −1 r
Gambar 16.18 Hubungan antara rasio R/T dan pengurangan kerenggangan area sheet metal. Catat bahwa, sheet metal dengan pengurangan kerenggangan 50% dapat melengkung dengan sendirinya seperti menekuk selembar kertas tanpa retak. Sumber : After. J. Datsko and C. T. Yang.
Dimana R adalah ketegangan pengurangan pada area lembaran plat logam. Demikian untuk r = 50, radius bending minimum adalah nol. Jadi, lembaran dapat terlipat dengan sendirinya (seperti menggulung) beberapa hal yang sama seperti kertas yang tertekuk untuk menambahkan kekuatan tekuk dari plat logam.
lingkungan / keadaan yang bertekanan tinggi , kemampuan tekuk yang tergentung pada kondisi bagian tepi lembaran, sejak daerah pinggiran yang kasar maka akan menjadi titik konsentrasi, kemampuan tekuk akan bertambah jika kekasaran bagian tepi juga bertambah.
Faktor lain yang nyata pada keretakan bagian tepi adalah banyaknya bentuk dan kekerasan dari inklusi pada lembaran logam dan banyaknya dari perlakuan dingin bagian tepi selama proses shearing (pemotongan), karena titik yang terbentuk, inklusi bentuk pada pengupasan adalah lebih merusak dari pada inklusi bentuk putaran (lihat juga gambar 2.23). Perlawanan pada retakan daerah tepi selama proses tekuk dapat dilakukan dengan menghilangkan daerah cold-working (perlawanan dingin) dengan mencukur atau proses machining pada bangun tepi, atau dengan proses annealing untuk memperbaiki kegetasan.
Anisotropy dari lembaran adalah factor lain yang penting pada kemampuan tlekuk hasil penggulungan dingin pada anisotropy dikarenakan orientasi yang berlebih atau oleh penyeratan mekanikal, yang disejajarkan atau dibarengi dengan beberapa imputities, inklusi dan kekosongan yang mungkin terjadi, seperti yang terlihat gambar 1.13 mengutamakan daerah luar (seperti pada lembaran) the blank yang akan dibentuk (sekumpulan, lihat Fig 16.51) yang harus diperlihatkan pada pengujian pemotongan dengan tujuan yang tepat dari penggulungan logam, ini pilihan yang tidak selalu mungkin di praktekkan.
Spring back, karena semua material memiliki modulus elastisitas yang terbatas deformasi plastik biasanya diikuti oleh beberapa pengembalian elastis dimana penekanan dihilangkan (lihat gambar 2.3). Pada bending pengembalian ini disebut spring back. Dimana dapat diamati dengan mudah pada proses bending dan kemudian mengeluarkan bagian potongan dari logam atau kawat. Spring back, terjadi tidak hanya pada lembaran logam yang flat, tetapi juga pada padatan atau lembah (cekungan) batang dan pipa dari beberapa belahan yang bersilangan, seperti yang tercatat pada Gambar. 16.19. Sudut tekuk akhir setelah spring back, lebih kecil daripada sudut bagian yang telah ditekuk dan derajat ahir bending lebih luas daripada sebelum spring back terjadi.
Spring back dapat dijumlahkan dengan perkiraan dalam pernyataan radius Ri dan Rf (Gambar 16.19) seperti : 1 ET RiY 3 ET RiY 4 Rf Ri 3 + − =
Catatan dari rumus ini jika Spring back terjadi (a) seperti R/T ratio dan tegangan tarik, Y, dari material yang bertambah dan (b) adalah modulus elastis, E, berkurang.
Gambar 16.19 Spring back pada proses bending. Komponen cenderung kembali setelah dibending. Dan menjadikan radius tekuk lebih besar. Pada kondisi tertentu, hal ini memungkinkan sudut tekukan terakhir lebih kecil dari yang sebenarnya ( negative spring back )
Gambar 16.21 Kebanyakan operasi die bending menunjukkan dimensi bukaan die , W, digunakan dalam menghitung tenaga bending.
Dalam V-die bending (Gambar 3.16.20 dan 16.21) ini memungkinkan material untuk menunjukkan negative spring back kondisi ini disebabkan oleh deformasi alami yang baru saja terjadi setelah punch, menyelesaikan operasi bending pada akhir pukulan (tekanan) Negatif Spring back tidak terjadi pada air bending (bending udara) ditunjukan pada Gambar 16.22a (juga disebut free bending) karena tidak adanya paksaan seperti pada pembebanan V-die pada bend (tekuk) area.
Compensasi untuk spring back. Spring back pada operasi forming biasanya terkompensasi oleh overbending part (Gambar 16.20 a dan b). beberapa trial mungkin perlu untuk mendapatkan hasil yang diinginkan. Metode lainnya adalah untuk mencetak bend area dengan menandai itu untuk mengurangi tegang local yang tinggi antara ujung dari punch dan permukaan die. (Gambar 16.20 dan d). Sebuah cara yang diketahui seperti
bottoming (mendasari) sebuah punch, cara lainnya adalah stretch bending, ini dimana part ditandai untuk ketegangan ketika sedang dibending (lihat juga stretch forming,
Gambar 16.22 Contoh dari bermacam pengoperasian bending
Bending Force. Bending force untuk lembaran dan plat dapat dihitung dengan mengansumsikan proses jika proses ini salah satu dari bending sederhana pada balok persegi panjang, seperti yang sebutkan pada teks on mechanic of solid. Demikian,
bendingforce adalah sebuah fungsi dari kekuatan dari metarial, lebar L, dari bend,
Ketebalah T, pada lembaran dan pembukaan die W, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 16.21, Friksi yang dikeluarkan, maksimum bending force, P, adalah.
P = W KYLT 2
Dimana faktor di dapat dari 0.3 dari penyekatan die, sekitar 0,7 untuk sebuah U-die sekitar 1,3 untuk V-die dan Y adalah yield stress / tegangan tarik dari material. Untuk sebuah V-die, Contoh (16.7) seringkali modifikasi seperti :
P =
W LT (UTS) 2
Dimana UTS (Ultimate Tensile Stregth dari material). Ini persamaan digunakan dengan baik untuk situasi dimana radius ujung punch dan tebal lembaran relatif mengecil dibandingkan pada saat die membuka, W
Kekuatan pada die bending berubah disepanjang siklus bending ini ditambah dari nol sampai maximum dan mungkin bisa berkurang ketika bending terselesaikan.
16.22) Bagaimanapun pukulan tidak ditambah kembali setelah ini dimulai untuk mengurangi, seperti tidak memiliki pertahanan untuk pergerakan bebas yang menurun.