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 2.3
Berdasarkan 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.