PROSES THREAD ROLLING (PROSES PEMBUATAN ULIR)
Thread rolling merupakan salah satu proses produksi ulir disamping proses lainnya yang menggunakan proses pemesinan. Proses-proses yang digunakan untuk menghasilkan ulir antara lain adalah :
1. Thread cutting,
2. Thread grinding,
3. Thread milling,
4. Thread rolling.
Dari keempat proses diatas, proses thread rolling menggunakan proses pembentukan dalam operasinya, sedangkan proses lainnya digunakan proses pemesinan.
Dalam operasinya, material kerja yang berbentuk silindris pejal dijepit diantara dua atau tiga dies yang berbentuk silindris atau plat, tergantung dari jenis thread rolling yang digunakan, yang memiliki ulir. Selanjutnya, material kerja ditekan di sisi-sisi yang kontak dengan dies. Kemudian diputar akibat putaran dies yang berputar atau bergerak secara aksial, untuk jenis dies plat. Setelah selesai dirol, terbentuk ulir disekeliling material kerja.
Proses thread rolling memiliki beberapa keuntungan teknik. Keuntungan teknik pada proses thread rolling antara lain adalah :
· Derajat tinggi untuk keakuratan profil.
· Ulir lebih kuat. Ulir yang dirol juga mengalami perubahan kekuatan geser, saat serat material di bentuk ulang menjadi garis mengikuti kontur ulir seperti diperlihatkan dalam Gambar 2.1.a. Beberapa ulir menentang alur karena kegagalan akibat geser dapat terjadi hanya menyeberang butir, ketika dalam pemotongan atau penggerindaan ulir, kegagalan akibat geser akan terjadi paralel terhadap butir. (lihat Gambar 2.1.b).
· Sisi-sisi ulir mengkilap.
· Ketahanan aus meningkat. Pengerjaan dingin yang dikategorikan dalam pembentukan rol menghasilkan suatu permukaan kerja yang dikeraskan dengan peningkatan hingga 10 persen dalam kekuatan tarik seperti diperlihatkan pada Gambar 2.2. Ditambah lagi, karena kekerasan permukaan dan penyelesaian permukaan yang baik dan sifat tahan aus meningkat seperti diperlihatkan pada Gambar 2.3.
· Umur fatigue meningkat. Suatu akibat yang amat penting dari thread rolling adalah perubahan pada umur fatigue yang meningkat hingga sepuluh kali dari yang dihasilkan proses pemotongan atau penggerindaan ulir. Ketahanan fatigue dihasilkan oleh tegangan sisa tekan yang terjadi pada baut selama pengerolan. Karena perlakuan panas berikut akan mengurangi tegangan, hal ini secara mutlak perlu untuk mengerol ulir setelah perlakuan panas untuk mendapatkan keuntungan penuh dari keistimewaan ini.
Gambar 2.1 Tipe aliran butir : (a) pada ulir yang dirol; (b) pada ulir yang dimesin. (Diambil dari Tool And Manufacturing Engineers Handbook – McGraw Hill).
Selain keuntungan teknik, proses thread rolling juga memiliki beberapa keuntungan ekonomis. Keuntungan ekonomis yang ditawarkan pada proses thread rolling antara lain, adalah :
· Waktu pengerjaan yang relatif singkat.
· Umur dies yang cukup panjang.
· Operasi pengerjaan relatif sederhana.
Gambar 2.2 Pengujian fatigue untuk ulir yang dimesin dan dirol (Diambil dari FETTE Radial Thread Rolling Systems – Wilhelm FETTE GmbH).
Gambar 2.3 Peningkatan kekerasan ulir yang dirol dibandingkan dengan bagian dibawah permukaan ulir. (Diambil dari FETTE Radial Thread Rolling Systems – Wilhelm FETTE GmbH).
2.1.1. Klasifikasi Proses Thread Rolling
Klasifikasi proses thread rolling dibagi atas :
- Berdasarkan bentuk dies :
a. Dies berbentuk silinder pejal (cylindrical-die machine), terdapat beberapa macam mesin thread rolling yang menggunakan dies berbentuk silinder. Diantaranya adalah :
§ Proses thread rolling dengan dua dies. Lihat Gambar 2.8 (a).
§ Proses thread rolling dengan tiga dies. Lihat Gambar 2.8 (b).
§ Proses thread rolling dengan die silindris besar yang memiliki sumbu tetap dan die cekung stasioner yang mengelilingi die tetap (planetary dies). Lihat Gambar 2.9.
b. Dies berbentuk plat datar (flat-die machine). Lihat Gambar 2.6.
- Berdasarkan arah gaya penekanan dies :
a. Arah gerak tangensial (tangential thread rolling machine)
b. Arah gerak radial (radial thread rolling machine). Material kerja satu sumbu dengan dies.
Material Kerja Untuk Proses Thread Rolling
Thread rolling adalah suatu proses untuk memproduksi ulir pada benda kerja silindris atau konis dengan menggunakan proses pembentukan. Bentuk helik atau annular dihasilkan dari membentuk atau pengaturan kembali material polos, tidak membuang sebagian material seperti pada proses thread cutting atau grinding. Perbandingan penyelesaian permukaan di antara proses produksi ulir dapat dilihat pada Gambar 2.4. Laju produksi umumnya lebih tinggi dibanding yang dihasilkan cutting atau grinding, dan ulir yang dihasilkan mengalami perubahan sifat kekuatan dan fatique, permukaan yang dihasilkan lebih bagus dan permukaan kerja yang dikeraskan merupakan keuntungan tambahan. Kebanyakan pengerolan dilakukan dengan material polos pada tempratur ruangan, meskipun panas bisa diterapkan untuk memudahkan pembentukan logam, kebanyakan lebih sering pada kasus material dengan kekerasan tinggi.
Gambar 2.4 Perbandingan permukaan yang dihasilkan thread rolling dengan metode pemesinan lainnya. (Diambil dari FETTE Radial Thread Rolling Systems – Wilhelm FETTE GmbH).
Baja karbon rendah yang digunakan untuk material polos biasanya ideal untuk pengerolan, juga baja paduan dan karbon digunakan untuk material polos dengan jenis bervariasi. Material untuk bagian-bagian yang membutuhkan pemesinan luas sering mengalami tambahan pemesinan bebas seperti sulfur atau timah.
Aluminium umumnya bagus untuk dibentuk dan menghasilkan permukaan yang bagus dalam kondisi yang lebih lunak. Aluminium dengan kekuatan tarik lebih tinggi, dihasilkan dari strain hardening atau heat treatment, bisa membentuk permukaan “kulit jeruk” yang kasar, terutama sekali pada puncak ulir. Material lebih keras rentan terpotong.
Tembaga dan tembaga paduan kecuali kandungan timah baik untuk dirol. Paduan tembaga-seng digunakan dalam mesin screw biasanya memiliki aditif pemesinan bebas, dan ketika beberapa material polos di rol, spesifikasi material mesti secara hati-hati dipertimbangkan untuk menghasilkan sifat mampu mesin dan pengerolan yang baik. Cupronickel dan perunggu pospor biasanya bisa dirol dengan baik, perunggu silikon dan aluminium yang menghasilkan hasil jelek tergantung pada paduan spesifik yang digunakan.
Pada Tabel 2.1 dimuat rating sifat mampu rol berdasarkan permukaan yang dihasilkan dan umur die relatif untuk beberapa material yang biasanya digunakan.
Proses Pembentukan Ulir
Ulir atau pembentukan lainnya dihasilkan pada benda kerja ulet dengan perputaran benda kerja silindris atau konis diantara dies baja yang dikeraskan, jadi bentuk pada permukaan dies membekas pada benda kerja. Diameter benda kerja polos lebih kecil daripada diameter terluar akhir, jadi material yang ditekan akan mengalir keluar untuk membentuk puncak ulir seperti diperlihatkan pada Gambar 2.5. Die bisa berbentuk datar atau silindris sesuai yang dibutuhkan mesin pengerolan yang digunakan.
Gambar 2.5 Pemisahan material pada proses thread rolling. (Diambil dari Tool And Manufacturing Engineers Handbook – McGraw Hill).2.1. TEORI PERANCANGAN
Pada mesin thread rolling dengan dua die silindris, sesuai dengan mesin yang akan dibuat, dibutuhkan perhitungan torsi pada dies sebagai langkah awal. Untuk mendapatkan torsi yang terjadi pada material polos dapat diketahui dengan terlebih dahulu diketahui variabel-variabel b, CE dan KD dengan menggunakan Persamaaan 2.1, Persamaan 2.2 dan Persamaan 2.3.
Gambar 2.10 Penguraian gaya pada dies dan material polos4)
Berdasarkan Gambar 2.10 maka dapat ditentukan nilai torsi yang terjadi pada material polos, dimana :
PH = Gaya penekanan dari hidrolik yang nilainya merupakan gaya yang
dibutuhkan untuk menekan material polos sedalam selisih diameter
mayor dengan diameter minor
L = Panjang kontak (mm)
B = Lebar kontak (mm)
dBM = Diamater material polos (mm)
dD = Diamater dies (mm)
Dimana
pers 2.1
pers 2.2
pers 2.3Berdasarkan tabel B1 /4/ didapatkan nilai :
E = Modulus elastisitas
E1 = EBM = 2.069 105 Mpa
E2 = ED = 0. 69 105 Mpa
m = Poisson’s ratio = 0,3 4) (Untuk material logam)
Tegangan normal yang terjadi di sepanjang panjang kontak selebar b ( szo ) dapat diketahui dengan menggunakan Persamaaan 2.4:
pers 2.4
Dengan menggunakan Persamaan 2.5 maka akan didapatkan nilai tegangan geser maksimum (tmak).
pers 2.5
Dari Persamaan 2.5, maka hasil tersebut dapat digunakan untuk mendapatkan nilai torsi yang terjadi pada material polos ( TBM ).Untuk mendapatkan nilai torsi digunakan Persamaan 2.6.
pers 2.6
Jadi untuk memutar dies dibutuhkan torsi yang nilainya lebih besar dari torsi pada material polos sehingga dies akan mampu memutar material polos.
2.3 Bantalan
Bantalan merupakan elemen mesin yang berfungsi sebagai penumpu poros berbeban, sehingga putaran atau gerakan bolak-baliknya dapat berlangsung secara halus, aman dan panjang umur. Dalam hal ini, bantalan memegang peranan penting dimana apabila bantalan tidak berfungsi dengan baik, maka akan mempengaruhi prestasi kerja dari sistim itu sendiri.
a. Klasifikasi Bantalan
Bantalan dapat diklasifikasikan sebagai berikut :
1. Berdasarkan gerakan bantalan terhadap poros
· Bantalan luncur
Pada bantalan ini terjadi gesekan luncur antara poros dan bantalan karena permukaan poros ditumpu oleh permukaan bantalan dengan perantara lapisan pelumas. Bantalan luncur mampu menumpu poros berputaran tinggi dengan beban yang besar. Dengan konstruksi yang sederhana maka bantalan ini mudah untuk dibongkar pasang. Akibat adanya gesekan pada bantalan dengan poros maka akan memerlukan momen awal yang besar untuk memutar poros. Pada bantalan luncur terdapat pelumas yang berfungsi sebagai peredam tumbukan dan getaran sehingga akan meminimalisasi suara yang ditimbulkannya. Secara umum bantalan luncur dapat dibagi atas :
© Bantalan radial, yang dapat berbentuk silinder, belahan, elips dan lain-lain.
© Bantalan aksial, yang berbentuk engsel, kerah dan lain-lain.
© Bantalan khusus yang berbentuk bola.
· Bantalan gelinding
Pada bantalan gelinding terjadi gesekan gelinding antara bagian yang berputar dengan yang diam melalui elemen gelinding seperti bola ( peluru ), rol atau rol jarum atau rol bulat. Bantalan gelinding lebih cocok untuk beban kecil. Putaran pada bantalan gelinding dibatasi oleh gaya sentrifugal yang timbul pada elemen gelinding tersebut. Apabila ditinjau dari segi biaya, bantalan gelinding lebih mahal dari bantalan luncur.
2. Berdasarkan arah beban terhadap poros
· Bantalan radial tegak lurus
Arah beban yang ditumpu tegak lurus terhadap sumbu poros.
· Bantalan radial sejajar
Arah beban bantalan sejajar dengan sumbu poros.
· Bantalan gelinding khusus
Bantalan ini menumpu beban yang arahnya sejajar dan tegak lurus terhadap sumbu poros.
b. Pertimbangan Dalam Pemilihan Bantalan
Dalam pemilihan bantalan banyak hal yang harus dipertimbangkan seperti :
· Jenis pembebanan yang diterima oleh bantalan (aksial atau radial )
· Beban maksimum yang mampu diterima oleh bantalan
· Kecocokan antara dimensi poros yang dengan bantalan sekaligus dengan keseluruhan sistim yang telah direncanakan.
· Keakuratan pada kecepatan tinggi
· Kemampuan terhadap gesekan
· Umur bantalan
· Harga
· Mudah tidaknya dalam pemasangan
· Perawatan.
2.4. PENELITIAN–PENELITIAN MENGENAI THREAD ROLLING
Penelitian-penelitian terkini mengenai mesin thread rolling lebih banyak ditekankan terhadap penggunaan dies yang dilengkapi peralatan-peralatan pendukung (thread rolling with attachment) untuk jenis dies silindris. Jenis dies silindris lebih banyak dikembangkan karena lebih efektif dalam proses pengerjaan, produk yang dihasilkan lebih bagus dibanding digunakannya jenis proses thread rolling yang lain dan dapat diseimbangkan dan disesuaikan untuk diameter yang tidak balans.
Gambar 2.18 Mesin thread rolling yang digabung dengan mesin bubut CNC. (Diambil dari FETTE Radial Thread Rolling Systems – Wilhelm FETTE GmbH).
Salah satu industri pembuat komponen mesin thread rolling terkemuka di Jerman, yaitu FETTE, membuat sistim thread rolling yang tergabung dengan mesin bubut CNC dengan menggunakan dies silindris yang didukung oleh peralatan tambahan (thread rolling with attachment) seperti yang diperlihatkan pada Gambar 2.18, sehingga memudahkan dalam pengerjaan. Karena dapat digunakan untuk diameter yang lebih bervariasi hanya dengan menukar komponen dies dan pendukungnya disamping didukung oleh kepresisian dan besarnya torsi yang dihasilkan oleh mesin bubut CNC.
