Teknik Pembentukan: Stretch Forming

Proses stretch forming yang prinsip kerjanya seperti terlihat pada gambar dibawah, dikembangkan oleh pabrik-pabrik pesawat terbang agar dapat membuat komponen dari lembaran logam ( sheet metal ) terutama yang berukuran relative besar dengan proses pembentukan yang ekonomis walaupun dalam jumlah yang relatip kecil. Lembaran logam di jepit oleh rahang penjepit (grippen jaw) dua atau lebih lalu diregangkan (stretching). Kemudian blok pembentuk (forming block) didorongkan pada lembaran logam yang telah teregang tersebut sehingga lembaran logam ‘membungkus’ blok (tool) pembentuk tersebut. Berbagai kombinasi dari peregangan (stretching), pembungkusan (wrapping) serta gerakan forming block dan atau penjepit ( grippen jaw ) digunakan tergantung bentuk part yang akan dibuat.

Gambar: Skema gerakan dan langkah-langkah yang terjadi pada stretch forming.
Dengan pengaturan stretching yang benar maka semua atau hampir semua tegangan tekan yang selalu menyertai proses bending atau forming dapat dihilangkan. Sebagai akibatnya efek spring back sangat kecil dan produk berbentuk sangat mirip dengan bentuk forming block-nya. Karena praktis beban yang bekerja pada forming block adalah beban kompresi, maka forming block tersebut terbuat dari material baja karbon.

Peralatan pembentukan dengan stretch forming pada dasarnya terdiri atas cakram pengendali hidraulik ( biasanya vertical ) yang menggerakkan penumbuk atau blok penumbuk dan 2 buah penjepit untuk mencengkram ujung lembaran. Pada pembentukan stretch forming tidak ada cetakan negative ( female ) yang digunakan. Pencengkeram dapat digerakkan sedemikian hingga gaya-gaya tarik selalu segaris dengan pinggiran lembaran yang tidak ditumpu, atau lembaran tetap, sehingga diperlukan jari-jari yang besar, untuk mencegah terjadinya sobekan pada lembaran yang dijepit. Dalam menggunakan mesin pembentuk bahan logam mula-mula dilengkungkan atau ditaruh pada blok pembentuk dengan tegangan tarik yang relative kecil, kemudian dijepit dan beban tarik ditingkatkan dan terjadi deformasi plastic hingga diperoleh bentuk akhir. Perbedaan dengan pembentukan selubung adalah pada kelambatan proses penebukan yang mula-mula dicengkeram, kemudian masih dalam keadaan lurus dibebani hingga batas elastic sebelum selubungkan mengelilingi blok pembentuk.

Gambar: Mesin stretch forming

1. Gesekan dan Pelumasan

Pertimbangan yang penting dalam proses pembentukan adalah gesekan yang timbul antara benda kerja dengan perkakas pembentuk (missal dies). Kadang-kadang lebih dari 50% energi pembentukan dipakai untuk mengatasi gesekan tersebut. Aspek kualitas produk seperti surface finish dan ketelitian dimensi berkaitan langsung dengan gesekan. Perubahan pelumasan dapat merubah modulus aliran logam selama proses pembentukan dengan demikian juga mengubah sifat-sifat produk akhir. Tingkat produksi, perancangan perkakas (tooling), keausan perkakas. Serta optimisasi proses semuanya tergantung pada seberapa jauh kita mampu untuk menentukan dan mengendalikan gesekan. Pada hampir semua proses, usaha diarahkan untuk mengurangi pengaruh gesekan, sementra itu ada proses yang hanya dapat bekerja kalau ada gesekan yang mencukupi yaitu rolling misalnya. Pada semua kasus, efek gesekan susah untuk diukur, lebih jauh lagi karena gesekan tergantung pada banyak variabel seperti luas permukaan kontak, kecepatan dan temperatur sehingga efek gesekan sangat sulit untuk dibuat skalanya. Perlu kiranya diketahui bahwa gesekan pada proses pengerjaan logam cukup berbeda dengan gesekan yang dijumpai pada hampir semua peralatan mekanik. Kondisi gesekan pada roda gigi, bantalan-bantalan luncur serta komponen-komponen lain yang mirip dengan hal tersebut, pada umumnya melibatkan :

• Dua permukaan dengan material dan kekuatan yang hampir sama.
• Bebab elastic sehingga tidak ada permukaan yang mengalami deformasi plastic.
• Adanya siklus wear-in sehingga akhirnya diperoleh pasangan permukaan yang kompatibel.
• Biasanya berlangsung pada temperatur rendah.

Sebaiknya pada proses pembentukan logam kondisi gesekan melibatkan perkakas yang keras dan susah terdeformasi yang berinteraksi dengan material benda kerja yang relatip lunak pada kondisi tegangan yang cukup untuk menimbulkan deformasi plastis. Interaksi antara benda kerja dengan perkakas hanya berlangsung dengan sekali jalan (single pass), disamping itu benda kerja pada umumnya bersuhu relatip tinggi.

Gambar: Diatas memperlihatkan perubahan tahanan gesek sebagai fungsi dari tekanan.
kontak untuk tekanan kontak kecil gesekan berbanding lurus dengan tekanan kontak normal terhadap interface. Konstanta kesebandingan ( dilambangkan dengan ) dikenal sebagai koefisien gesek. Pada tekanan kontak yang tinggi gesekan menjadi tidak tergantung pada tekanan kontak lagi akan tetapi lebih tergantung pada kekuatan material yang lebih rendah.

Pemahaman akan hal-hal tersebut diatas dapat diperoleh dari teori gesekan modern yang mempunyai anggapan dasar “permukaan rata itu sesungguhnya tidak rata” tetapi mempunyai satu tingkat kekerasan tertentu.

Apabila dua permukaan yang tidak beraturan berinteraksi maka akan timbul kontak guna menahan beban yang diterimanya. Pada beban yang kecil, hanya perlu tiga buah titik kontak yang diperlukan untuk mendukung bidang kontak. Begitu beban dinaikan luas permukaan kontak bertambah. Pada awalnya pertambahan luas permukaan kontak adalah linear. Pada saat beban yang cukup tinggi semua bagian permukaan telah saling kontak sehingga penambahan beban selanjutnya tidak akan menambah luas permukaan kontak.

Jika permukaan yang berinteraksi tersebut diberikan gerakan sliding maka akan timbul gesekan yang dapat dirasakan sebagai suatu hambatan yang menghalangi gerakan tersebut.

Ditinjau dari mekanika, hambatan tersebut dapat dibagi menjadi dua bentuk yaitu:

• Gaya yang diperlukan untuk menggerakan puncak material yang lebih keras terhadap material yang lebih lunak.
• Gaya yang diperlukan untuk melepaskan perlekatan ( weldment ).
Karena sobekan umumnya terjadi pada material yang lebih lunak maka kedua komponen gaya tersebut besarnya sebanding dengan kekuatan material yang lebih lunak dan luas permukaan kontak.
Pelumasan merupakan hal yang penting dalam proses pembentukan. Pelumas dipilih guna-guna mengurangi gesekan dan menekan keausan perkakas. Pertimbangan lain pada pemilihan pelumas pada proses pembentukan logam adalah:
• Seberapa jauh kemampuan pelumas untuk berlaku sebagai penghalang termal yang menjaga panas benda kerja dan menjaga benda kerja tetap mempunyai jarak dengan perkakas ( die ).
• Kemampuannya berlaku sebagai pendingin dan membuang panas dari perkakas.
• Kemampuannya melindungi produk terhadap korosi apabila pelumas menempel pada benda kerja.
• Mudah penerapan maupun menghilangkannya.
• Kereaktifannya dengan permukaan material.
• Mampu bekerja pada berbagai kondisi tekanan,temperature dan kecepatan pembentukan.
• Kemampuannya untuk membasahi permukaan ( baik permukaan benda kerja maupun perkakas ).
• Harganya.
• Ketersediaannya.
• Kemampuannya untuk mengalir.