Forging adalah proses manufaktur yang melibatkan pembentukan logam melalui palu, tekan, atau rolling. Gaya kompresi ini dikirimkan dengan palu atau die. Forging sering dikategorikan berdasarkan suhu di mana dilakukan: cold, warm, atau hot forging.
Berbagai macam logam dapat di-forging. Logam yang biasanya digunakan dalam forging meliputi carbon steel, alloy steel, dan stainless steel. Logam yang sangat lunak seperti aluminium, brass, dan copper juga dapat di-forging. Proses forging dapat menghasilkan bagian dengan properti mekanis yang luar biasa dengan limbah minimum.
Konsep dasarnya adalah logam asli mengalami deformasi plastis ke bentuk geometris yang diinginkan yang memberikan ketahanan fatigue dan kekuatan yang lebih tinggi. Proses ini ekonomis dengan kemampuan untuk memproduksi bagian secara massal dan mencapai properti mekanis tertentu pada produk jadi.
Forging telah dilakukan oleh tukang besi selama ribuan tahun; produk tradisional meliputi peralatan dapur, hardware, alat tangan, senjata tajam, cimbal, dan perhiasan.
Sejak Revolusi Industri, bagian yang di-forging banyak digunakan dalam mekanisme dan mesin di mana komponen memerlukan kekuatan tinggi; forgings biasanya memerlukan proses lanjutan (seperti machining) untuk mencapai bagian yang hampir selesai. Saat ini, forging adalah industri besar di seluruh dunia.
Sejarah Forging
Forging telah dilakukan oleh tukang besi selama ribuan tahun. Awalnya, bronze dan copper adalah logam yang paling banyak di-forging, di era Bronze Age: kemudian, setelah kemampuan untuk mengontrol suhu dan proses peleburan besi ditemukan, besi menjadi logam utama yang di-forging.
Produk tradisional meliputi peralatan dapur, hardware, alat tangan, dan senjata tajam. Revolusi Industri memungkinkan forging untuk menjadi proses produksi massal yang lebih efisien. Sejak saat itu, forging telah berkembang bersama dengan kemajuan dalam peralatan, robotika, kontrol elektronik, dan otomatisasi.
Forging kini merupakan industri di seluruh dunia dengan fasilitas forging modern yang memproduksi bagian logam berkualitas tinggi dalam berbagai ukuran, bentuk, material, dan finishing.
Jenis Proses Forging
Ada beberapa metode forging dengan kemampuan dan manfaat yang berbeda.
Drop forging
Roll forging
Press forging
Upset forging
Cold Forging
Precision forging
Isothermal forging
1. Drop Forging
Drop forging mendapatkan namanya dari proses menjatuhkan palu ke logam untuk membentuknya menjadi bentuk die. Die merujuk pada permukaan yang masuk kontak dengan logam.
Ada dua jenis drop forging—open-die dan closed-die forging. Dies biasanya datar dalam bentuk dengan beberapa yang memiliki permukaan yang dibentuk secara khusus untuk operasi spesial.
Open-die forging (smith forging)
Open-die forging juga dikenal sebagai smith forging. Palu memukul dan merusak logam di atas besi yang diam. Dalam jenis forging ini, logam tidak pernah sepenuhnya terkunci di dalam dies—memungkinkannya untuk mengalir kecuali di area tempat ia dalam kontak dengan dies.
Tanggung jawab operator adalah untuk mengorientasikan dan memosisikan logam untuk mencapai bentuk akhir yang diinginkan. Dies datar digunakan, dengan beberapa yang memiliki permukaan yang dibentuk secara khusus untuk operasi spesial. Open-die forging cocok untuk bagian besar dan sederhana, serta komponen logam kustom.
Keuntungan open-die forging:
Ketahanan fatigue dan kekuatan yang lebih baik
Mengurangi kemungkinan kesalahan dan/atau lubang
Memperbaiki mikrostruktur
Aliran grain yang berkelanjutan
Ukuran grain yang lebih halus
Closed-die forging (impression-die)
Closed-die forging juga dikenal sebagai impression die forging. Logam ditempatkan dalam die dan dilekatkan pada besi. Palu ditjatuhkan ke logam, menyebabkan ia mengalir dan mengisi rongga die.
Palu diatur waktu untuk masuk kontak dengan logam dalam urutan cepat pada skala milidetik. Logam berlebih dorong keluar dari rongga die, menghasilkan flash. Flash mendingin lebih cepat dari sisanya material, membuatnya lebih kuat dari logam di dalam die. Setelah forging, flash dihapus.
Agar logam mencapai tahap akhir, ia dipindahkan melalui serangkaian rongga dalam die:
Edging impression (juga dikenal sebagai fullering atau bending): Impresi pertama yang digunakan untuk membentuk logam ke bentuk kasar.
Blocking cavities: Logam dikerjakan ke bentuk yang lebih mirip dengan produk akhir. Logam dibentuk dengan lengkungan dan fillet yang melimpah.
Final impression cavity: Tahap akhir finishing dan detail logam ke bentuk yang diinginkan.
Keuntungan closed-die forging:
Menghasilkan bagian hingga 25 ton
Menghasilkan bentuk near net yang hanya memerlukan sedikit finishing
Ekonomis untuk produksi berat
2. Roll forging
Roll forging terdiri dari dua roll horizontal silindris atau setengah silindris yang merusak bar stock bundar atau datar. Ini bekerja untuk mengurangi ketebalannya dan meningkatkan panjangnya.
Bar yang dipanaskan ini dimasukkan dan dilewatkan di antara dua roll yang masing-masing mengandung satu atau lebih groove yang dibentuk—dan dibentuk secara progresif saat digulir melalui mesin. Proses ini berlanjut sampai bentuk dan ukuran yang diinginkan dicapai.
Keuntungan automatic roll forging:
Menghasilkan sedikit atau tidak ada limbah material
Menciptakan struktur grain yang menguntungkan dalam logam
Mengurangi area persilang logam
Menghasilkan ujung runcing
3. Press forging
Press forging menggunakan tekanan atau gaya lambat dan berkelanjutan, alih-alih impact yang digunakan dalam drop-hammer forging. Perjalanan ram yang lebih lambat berarti deformasi mencapai lebih dalam sehingga seluruh volume logam terpengaruhi secara seragam.
Sebaliknya, dalam drop-hammer forging, deformasi seringkali hanya pada tingkat permukaan sementara interior logam tetap sedikit tidak terdeformasi. Dengan mengontrol tingkat kompresi dalam press forging, strain internal juga dapat dikontrol.
Keuntungan press forging:
Ekonomis untuk produksi berat
Ketelitian yang lebih besar dalam toleransi 0,01–0,02 inci
Dies memiliki draft yang lebih sedikit memungkinkan akurasi dimensi yang lebih baik
Kecepatan, tekanan, dan perjalanan die dikontrol secara otomatis
Otomatisasi proses mungkin
Kapasitas press berkisar dari 500–9000 ton
4. Upset forging
Upset forging adalah proses manufaktur yang meningkatkan diameter logam dengan mengompresi panjangnya. Crank presses, mesin spesial berkecepatan tinggi, digunakan dalam proses upset forging.
Crank presses biasanya diatur pada bidang horizontal untuk meningkatkan efisiensi dan pertukaran cepat logam dari satu stasiun ke stasiun berikutnya. Vertical crank presses atau hydraulic press juga merupakan opsi.
Keuntungan upset forging:
Tingkat produksi tinggi hingga 4500 bagian per jam
Otomatisasi penuh mungkin
Penghapusan draft dan flash forging
Menghasilkan sedikit atau tidak ada limbah
5. Automatic hot forging
Dalam automatic hot forging, bar steel panjang pabrik dimasukkan ke satu ujung mesin forging pada suhu ruangan, dan produk hot forged muncul dari ujung lainnya. Bar dipanaskan dengan coil induksi daya tinggi ke suhu antara 2190–2370°F dalam kurang dari 60 detik.
Bar di-descaled dengan roller dan dibagi menjadi blanks. Pada titik ini, logam dipindahkan melalui beberapa tahap pembentukan yang dapat dikombinasikan dengan operasi cold-forming berkecepatan tinggi. Biasanya, operasi cold-forming ditinggalkan untuk tahap finishing. Dengan demikian, manfaat cold-working dapat diperoleh sambil juga mempertahankan kecepatan tinggi automatic hot forging.
Keuntungan automatic hot forging:
Tingkat output tinggi
Penerimaan material dengan biaya rendah
Tenaga kerja minimal yang diperlukan untuk mengoperasikan mesin
Menghasilkan sedikit atau tidak ada limbah material (hemat material antara 20–30% dibandingkan forging konvensional)
6. Precision forging (net-shape atau near-net-shape forging)
Precision forging membutuhkan sedikit atau tidak ada finishing akhir. Ini adalah metode forging yang dikembangkan untuk meminimalkan biaya dan limbah yang terkait dengan operasi pasca-forging. Hemat biaya dicapai dari pengurangan material dan energi, serta pengurangan machining.
7. Isothermal forging
Isothermal forging adalah proses forging di mana logam dan die dipanaskan ke suhu yang sama. Adiabatic heating digunakan di sana tidak ada transfer massa atau pertukaran termal nett antara sistem dan lingkungan eksternal.
Perubahan semuanya karena perubahan internal yang menghasilkan strain rate yang sangat terkontrol. Karena kehilangan panas lebih rendah, mesin yang lebih kecil dapat digunakan untuk proses forging ini.
Aplikasi Forging
Selain bagian mesin dan transmisi, forgings digunakan untuk berbagai macam gear, sprocket, tuas, shaft, spindle, ball joint, wheel hub, roller, yoke, axle beam, bearing holder, dan link.
Utama produk yang di-forging digunakan di setiap industri mekanik.
Turbine rotor, generator rotor dll. adalah produk forged.
Ia memberikan kekuatan fatigue yang lebih tinggi sehingga sebagian besar bagian yang bergerak seperti crankshaft, camshaft gears dll. dibuat oleh operasi forging.
Cold forging digunakan untuk memproduksi chisel, bolts dll.
Ini sebagian besar digunakan dalam manufaktur alat tangan dan hardware.
Ia digunakan dalam pembuatan kapal dalam berbagai pekerjaan struktur.
Keuntungan Forging
Forging memberikan properti mekanis yang lebih baik, ductility dan fatigue, dan resistensi impact karena proses ini memurnikan dan mengarahkan aliran grain sesuai dengan bentuk bagian. Hampir semua logam, ferrous dan non-ferrous dapat di-forging.
Bagian yang diproduksi oleh forging lebih kuat
Ia lebih andal dan lebih murah
Ia menawarkan respons yang lebih baik terhadap heat treatment
Ia menawarkan properti metalurgi yang lebih konsisten dan lebih baik
Ia menawarkan rentang ukuran produk yang luas
Ia memerlukan lebih sedikit operasi sekunder
Ia memiliki fleksibilitas desain yang luar biasa
Kerugian Forging
Dalam hot forging sulit untuk melakukan operasi sekunder
Biaya modal lebih tinggi
Prosedur keselamatan tenaga kerja dan material yang sangat tinggi perlu diikuti
