Proses Manufaktur : Proses Pengerolan

A.  Pengertian Proses Pengerolan.

        Proses pengerolan adalah proses mengurangi ketebalan benda kerja dengan menggunakan sejumlah rol. Contoh produk hasil proses pengerolan adalah Plate (dengan ketebalan lebih dari 6 mm), sheet (dengan ketebalan kurang dari 6 mm), dan foil (dengan ketebalan kurang dari 0.1 mm).

B.  Klasifikasi Proses Pengerolan

1.   Berdasarkan geometri benda kerja

·         Proses Pengerolan Datar (Flat Rolling)

Proses pengerolan ini dilakukan untuk mengurangi ketebalan benda kerja yang berbentuk kotak

·         Proses Pengerolan Bentuk (Shape Rolling)

Pada proses pengerolan ini benda kerja dengan penampang berbentuk kotak diubah menjadi produk dengan bentuk/ profil tertentu

2.   Berdasarkan temperatur pengerjaan

·         Proses Pengerolan Panas (Hot Rolling)

Proses pengerolan ini dilakukan di atas temperatur rekristalisasi. Proses ini merupakan cara efektif untuk memperkecil ukuran butir logam serta untuk memperbaiki kekuatan dan keuletan.

Keuntungan proses pengerolan panas adalah bebas dari tegangan sisa dan bersifat isotropik. Kekurangan dari proses pengerolan panas adalah toleransi dan kekasaran permukaan produk yang dihasilkan rendah.

·         Proses Pengerolan Dingin (Cold Rolling)

Proses ini dilakukan di bawah temperatur rekristalisasi. Pengerolan dingin dilakukan untuk mengurangi ketebalan lebih lanjut dari pengerolan panas. Proses pengerolan dingin menguatkan kekuatan logam yang dirol, meningkatkan toleransi dan bebas lapisan oksida.

C.  Tahapan Proses Pengerolan

Proses pengerolan menggunakan bahan mentah : ingot/ batang logam yang baru mengalami proses solidifikasi, berikut tahapan dari proses pengerolan :

-       Proses pemanasan:

·         Ingot dimasukkan ke dalam tungku agar temperatur ingot merata

·         Proses ini sering disebut proses soaking

·         Ingot yang telah dipanaskan di rol dengan temperatur pengerolan 1200^oC.

-       Proses pengerolan :

·         Pengerolan membentuk salah satu dari tiga bentuk lanjutan : bloom, billet atau slab.

·         Bentuk lanjutan tersebut dapat dirol kembali menjadi bentuk produk akhir yang diinginkan.

·         Bloom : memiliki penampang kotak dengan dimensi >150 mm x 150 mm

·         Slab : dirol dari bloom dan memiliki penampang kotak dengan panjang sisi > 40mm.

·         Billet : dari ingot atau bloom, memiliki penampang persegi panjang dengan dimensi lebar > 250mm dan ketebalan 40 mm.

D.   Jenis-Jenis Proses Pengerolan.

1. Proses Pengerolan Datar

Gaya pengerolan :

           F = L.w.Y_avg

dimana : L = panjang kontak

           w = lebar strip

           Y_avg = average true stress

Gaya pengerolan dapat dikurangi dengan cara sebagai berikut :

·         Mengurangi gesekan

·         Menggunakan rol dengan diameter kecil, sehingga mengurangi daerah kontak

·         Pereduksian ketebalan benda kerja yang dilakukan beberapa kali dengan tebal yang kecil, sehingga dapat mengurangi daerah kontak

·         Melakukan pengerolan pada temperatur tinggi, karena pada temperatur tinggi material akan mengalami penurunan kekuatan.

·         Memberikan tegangan pada strip dalam arah longitudinal selama proses pengerolan.

Daya Total pengerolan :

dimana : P = Daya total pengerolan (kW)

           F = Gaya pengerolan (N)

           N= Kecepatan putar (rpm)

Pertimbangan Geometri

·         Akibat gaya yang bekerja, rol dapat mengalami defleksi. Besarnya defleksi tergantung pada besar kecilnya modulus elastisitas material rol. Semakin besar modulus elastisitas rol, maka defleksi akan semakin kecil. Akibatnya bagian tengah pelat lebih tebal dibandingkan bagian tepi.

·         Rol juga dapat mengalami pemuaian pada bagian tengah yang disebabkan oleh panas yang dihasilkan proses deformasi plastis selama pengerolan. Akibatnya pelat akan mempunyai bagian tengah yang lebih tipis dibandingkan bagian tepinya.

·         Agar didapatkan pelat yang mempunyai ketebalan yang sama, umumnya bagian tengah rol dibuat mempunyai diameter yang lebih besar dibandingkan dengan bagian tepi.

·         Penggunan rol dengan diameter yang besar cenderung membuat permukaan rol menjadi rata.

·         Rasio lebar-tebal yang rendah akan mengakibatkan lebar material yang dirol menjadi lebar. Hal ini tidak terjadi pada pengerolan dengan rasio lebar-tebal yang tinggi.

Karakteristik Pengerolan Datar

-       Proses pengerolan panas akan membuat ingot yang mempunyai struktur cor (umumnya getas dan berporositas) menjadi struktur yang berstruktur butir halus dan lebih ulet.

-       Proses pengerolan panas untuk paduan aluminium dilakukan pada temperatur sekitar 450^oC, lebih dari 1250^oC untuk baja paduan, dan lebih dari 1650^oC untuk paduan refraktori. Sedangkan pengerolan dingin dilakukan pada temperatur kamar.

-       Pack rolling adalah proses pengerolan yang menggunakan lebih dari dua lapis logam yang dirol secara bersama-sama.

-       Temper rolling adalah proses yang digunakan untuk memperbaiki permukaan pelat hasil proses pengerolan yang tidak rata dengan cara pengerolan kembali secara ringan dengan reduksi antara 0,5 - 1,5%.

-       Tegangan sisa (residual stress) terjadi karena deformasi material yang tidak seragam pada celah rol. Hal ini terutama terjadi pada proses pengerolan dingin.

-       Toleransi dimensi : ketebalan pelat yang dirol dingin umumnya bertoleransi  0,1 mm – 0,35 mm dan meningkat untuk pelat yang dirol panas. Toleransi kerataan umumnya  15 mm/m untuk proses pengerolan dingin dan  55 mm/m untuk pengerolan panas.

2. Pengerolan Bentuk (Shape Rolling)

       Struktur yang lurus dan panjang dengan bentuk tertentu (seperti batang-l, rel kereta api, dan batang pejal) dibentuk pada temperatur tinggi dengan proses pengerolan bentuk atau pengerolan profil.

Pengerolan bentuk ada bermacam-macam:

1.Pengerolan Miring (Skew Rolling)

       Proses pengerolanini mirip dengan proses penempaan dengan rol, dimana digunakan untuk menghasilkan bantalan peluru

2.Pengerolan Cincin (Ring Rolling)

           Proses ini dilakukan untuk mengurangi ketebalan cincin dan memperbesar diameter cincin. Proses pengerolan panas dilakukan untuk cincin dan diameter besar, sedangkan pengerolan dingin dilakukan untuk cincin dengan diameter kecil. Contoh produk yang dihasilkan : roda kereta api, ring pipa.

3.Pengerolan Ulir

        Proses pembuatan ulir dengan pengerolan termasuk proses pengerjaan dingin. Proses ini mempunyai kelebihan dapat membuat ulir tanpa menghasilkan sisa material (scrap), mempunyai kekuatan yang baik, mempunyai surface finish yang halus dan dapat menimbulkan terjadinya tegangan sisa tekan pada benda kerja, sehingga daya tahan fatique meningkat.

        Proses pengerolan ulir dilakukan pada kondisi material lunak, karena proses ini membutuhkan sifat keuletan. Untuk mengeraskan produk, pada umumnya diproses lebih lanjut dengan proses perlakuan panas dan bila diperlukan proses pengerjaan akhir (finishing) dengan proses permesinan.

        Roda gigi lurus dan roda gigi heliks dapat dibuat dengan menggunakan proses pengerolan dingin yang serupa dengan pengerolan ulir.

4.Pengerolan Pipa

        Pada proses ini diameter dan ketebalan pipa dan tabung dapat direduksi dengan menggunakan rol. Proses ini dapat dilakukan dengan atau tanpa bantuan internal mandrel.

E.   Mesin Rol

        Proses pengerolan dilakukan pada mesin yang disebut Rolling Mils. Jenis-jenis mesin rol antara lain :

·         Mesin rol 2 tingkat

Rol dengan ukuran yang sama diputar hanya pada satu arah. Hasil yang diperoleh dimasukkan kembali ke rol (belakang) untuk proses pengerolan berikutnya. Untuk peningkatan kecepatan digunakan rol bolak-balik 2 tingkat dimana benda kerja dapat digerakkan maju dan mundur melalui rol yang arah putarannya dapat dibalik

·         Mesin rol 3 tingkat

Mesin rol ini terdiri dari rol atas dan rol bawah sebagai sumber gerak dan rol tengah yang bergerak akibat gesekan

·         Mesin rol 4 tingkat

Pada mesin ini lembaran yang sangat tipis dapat dirol menjadi lebih tipis lagi dengan diameter yang lebih kecil. Akan tetapi karena rol berdiameter kecil mempunyai kekuatan dan kekakuan yang lebih rendah dibanding rol besar, maka rol beridameter kecil harus ditopang oleh rol berdiameter besar.

·         Mesin rol Cluster

Pada mesin rol ini, tiap pengerolan benda kerja didukung oleh 2 rol lainnya.

·         Mesin rol planetari

Suatu rancangan mesin rol yang lain adalah mesin rol planetari (planetary mill). Mesin ini terdiri atas pasangan rol pendukung besar dikelilingi oleh sejumlah rol kecil yang disebut planet. Karakteristik utama mesin rol planet adalah reduksi panas (heat reduction) pelat, langsung menjadi strip melalui satu tahapan pengerolan. Setiap rol planet melakukan reduksi terhadap pelat yang hampir tetap besarnya saat pelat meninggalkan jejak melingkar antara pelat dengan rol pendukung. Jika suatu pasangan rol lepas kontaknya dengan benda kerja, maka pada pasangan lain terjadi kontak dan terjadi pengulangan proses reduksi. Reduksi keseluruhan adalah jumlah dari seluruh reduksi yang dilakukan oleh tiap pasangan rol, dimana perpindahan pasangan rol berlangsung cepat.

F.   Cacat pengerolan

             Cacat produk hasil pengerolan tidak saja terjadi di permukaan, tapi juga terjadi di dalam produk. Cacat ini selain menyebabkan permukaan produk menjadi tidak baik, juga mempunyai kekuatan, mampu bentuk dan karakteristik proses manufaktur lainnya dari produk.

Cacat yang terjadi pada produk pengerolan :

-       Cacat yang disebabkan oleh inklusi dan impuritas dari kondisi yang berkaitan dengan persiapan material dan operasi pengerolan, seperti permukaan yang berkarat, tergores, berlubang atau retak.

-       Ujung yang bergelombang akibat penipisan yang tidak merata (Ujung lebih tipis dibandingkan bagian tengahnya).

-       Pelat terbelah (alligatoring) yang disebabkan deformasi yang tidak seragam selama proses pengerolan atau cacat yang terdapat pada billet cor asal.