Mengenal Proses Metal Rolling Dalam Pembentukan Logam

Rolling adalah salah satu proses pembentukan logam yang paling penting dan banyak digunakan dalam berbagai aplikasi karena biayanya yang lebih rendah dengan produktivitas yang lebih tinggi. Proses rolling atau penggulungan paling baik didefinisikan sebagai proses pembentukan logam menjadi bentuk setengah jadi atau jadi yang melewati roll atau penggulung yang berputar ke arah yang berlawanan dengan benda kerja logam.

Serupa dengan proses pembentukan logam lainnya, rolling bekerja dengan cara yang sama yaitu dengan menerapkan gaya sehingga terjadi deformasi plastis terjadi gaya tekan diterapkan oleh satu set gulungan pada benda kerja berupa ingot atau produk lain seperti blooms, billet, slab, sheets, plate, strips, dan lain sebagainya. Deformasi yang terjadi akibat gaya tersebut akan mengurangi luas penampang logam sehingga menghasilkan logam dengan ukuran yang diinginkan.

Tujuan utama proses metal rolling atau penggulungan adalah untuk mengurangi ketebalan dari logam. Beberapa bahan dan paduan seperti Baja, aluminium, magnesium, dan tembaga adalah bahan yang biasa digulung. Akibat adanya gesekan antara gulungan dan permukaan benda kerja logam, logam mengalami tegangan tekan yang tinggi. Pada proses pembentukan logam rolling memiliki tingkat produksi yang tinggi, struktur butiran, dan penyelesaian permukaan diperoleh, sehingga rolling merupakan proses pembentukan logam yang paling sesuai untuk benda kerja dengan penampang melintang yang besar seperti pelat dan lembaran baja untuk pekerjaan dan struktur lain. 

Proses penggulungan dapat dilakukan dengan pengerjaan panas maupun dingin. Rolling mill adalah mesin penggulungan dengan mekanisme komponen yang kompleks yang memiliki dua atau lebih roller pendukung, roller kerja, motor penggerak, roll stand, roda gigi kopling, flywheel, dan berbagai macam komponne lainnya. Sesuai dengan persyaratan proses dan kebutuhan hasil akhir pengerjaan logam, mesin rolling ini tersedia dalam berbagai bentuk dan ukuran. Setiap rolling mill umumnya terdiri dari minimal dua buah gulungan. Sesuai persyaratan proses, jumlah gulungan dapat bertambah bergantung pada bentuk produk yang digulung, selain itu mesin penggulung dapat berlekuk atau datar. Bentuk logam berubah secara bertahap selama terjadinya kontak dengan roll. Dibandingkan dengan penempaan, rolling adalah metode pembentukan logam yang lebih ekonomis ketika membutuhkan hasil logam dalam panjang penampang yang seragam.

Struktur Butir Dalam Penggulungan Logam (Metal Rolling)

Struktur Butir Metal Rolling

Dalam industri manufaktur industri umum, ingot atau pengecoran secara kontinu digulung menjadi blooms atau lempengan. Selain menghasilkan bentuk yang berguna untuk diproses lebih lanjut, proses penggulungan panas mengubah struktur butiran cor menjadi struktur butiran tempa. Bahan cor memiliki struktur butiran yang tidak seragam, biasanya butiran kolumnar besar yang tumbuh ke arah pemadatan. Struktur butiran ini biasanya getas dengan batas butir yang lemah. Struktur cor memiliki karakteristik yang memiliki banyak cacat seperti porositas yang disebabkan oleh gas, rongga susut, dan inklusi padat bahan asing yang terperangkap dalam logam, seperti oksida logam.

Menggulung logam di atas suhu rekristalisasinya akan menghancurkan struktur butiran lama dan membentuk kembali struktur butiran yang baru yang lebih keras bersamaan dengan struktur butir yang lebih seragam. Penggulungan logam menutup kekosongan dan rongga yang terdapat di dalam struktur logam. Selain itu, penggulungan panas memecah inklusi dan mendistribusikan materi ke seluruh pekerjaan. Karena penggulungan logam memengaruhi orientasi butiran, logam dapat digulung sedemikian rupa sehingga menghasilkan butiran yang berorientasi pada arah sedemikian rupa sehingga memberikan kekuatan yang berguna untuk aplikasi khusus pada bagian tersebut.

Karakteristik Penggulung (Roll) dalam Proses Metal Rolling

Manufaktur dan proses pembuatan alat penggulung atau roll dapat menghasilkan berbagai macam karakteristik yang berbeda. Penggulungan logam dengan karakteristik tertentu dapat melakukan proses rolling pada berbagai macam ketebalan. Pelat logam untuk boiler dapat digulung hingga ketebalan 12 inci, sedangkan kertas timah untuk membungkus rokok dan permen dapat digulung hingga setebal 0,0003 inci. Gulungan yang digunakan dalam penggulungan logam memiliki berbagai ukuran dan geometri. Dalam proses penggulungan datar, gulungan biasanya berdiameter 24 hingga 54 inci. Dalam beberapa operasi penggulungan logam, dalam pembentukan pekerjaan yang sangat tipis, gulungan bisa sekecil 1/4 inci.

Gulungan atau roll harus memiliki kemampuan dalam kondisi pengoperasian yang ekstrim selama proses penggulungan logam, seperti gaya yang besar, momen lentur, tekanan termal, dan keausan. Bahan gulungan dipilih dengan kekuatan, kekakuan, dan ketahanan aus yang sangat baik. Bahan gulungan bervariasi dan tergantung pada proses penggulungan logam tertentu dan kegunannya. Bahan gulungan yang umum digunakan adalah besi tuang, baja tuang, dan baja tempa. Gulungan tempa lebih kuat dan lebih kaku daripada gulungan cor tetapi lebih sulit untuk diproduksi. Dalam proses pembuatan logam industri, gulungan biasanya dibuat dari baja nikel atau paduan baja molibdenum. Dengan operasi penggulungan logam dari bahan tertentu, gulungan yang terbuat dari tungsten karbida dapat memberikan ketahanan ekstrim terhadap defleksi.

Jenis-Jenis Rolling Mills

Dalam proses pembentuk logam dengan metode rolling, penggulung atau roll tidak berfungsi secara terpisah. Dalam proses pembentukan logam, roll, dudukan, bantalan, motor, dan peralatan mekanis lainnya merupakan beberapa komponen penting dalam proses pembentukan logam rolling. Komponen-komponen tersebut merupakan bagian yang menjadi saling berhubungan dalam mekanisme pebentukan logam rolling, umumnya alat yang digunakan untuk proses rolling disebut dengan Rolling mill.

Rolling mills seringkali memiliki jenis, jumlah, dan posisi gulungan yang berbeda-beda menyesuaikan dengan kebutuhan hasil akhir pembentukan logam dan fungsinya. Beberapa jenis rolling mill yang umum digunakan dalam industri manufaktur saat ini mencakup beberapa jenis yaitu two high mill, two high reversing mill, three high mill, four high mill, cluster mill, dan tandem rolling mill.

1. Two High Mills

Two High Mills

Two high mills Terdiri dari dua gulungan berat dengan penempatan salah satu gulungan di atas gulungan yang lain. Gulungan tersebut ditopang oleh bantalan yang ditempatkan dalam frame tegak kokoh (penyangga) yang terpasang pada rolling mill floor. Celah vertikal antara gulungan dapat disesuaikan. Gulungan berputar berlawanan arah dan digerakkan oleh motor listrik yang kuat. Biasanya arah rotasi gulungan tidak dapat diubah dan bahan harus dimasukkan ke dalam gulungan hanya dari satu arah. Jika penggulungan memerlukan lebih dari satu pengerjaan pada gulungan yang sama, bahan harus dibawa kembali ke sisi yang sama setelah lintasan pertama selesai.

2. Two High Reversing Mills

Two High Reversing Mills

Dalam Two High Reversing Mills, arah putaran gulungan dapat dibalik. Hal tersebut memungkinkan pekerjaan berjalan melalui satu arah, kemudian kembali ke arah lain. Serangkaian pengerjaan dapat dilakukan dengan menggunakan rangkaian gulungan yang sama, dengan meneruskan pekerjaan bolak-balik. Kekurangan dalam rolling mill ini yaitu membutuhkan gerak mekanis dan daya secara konstan untuk mengatasi dan membalikkan momentum sudut gulungan.

3. Three High Rolling Mills

Three High Rolling Mills

Three High Rolling Mills menggunakan prinsip meneruskan pekerjaan bolak-balik untuk mencapai serangkaian penggulungan bahan. Berbeda dengan two high reversing mills, rolling mills jenis ini memiliki tiga gulungan yang selalu berputar ke arah yang sama. Mekanisme elevator mengangkat dan menurunkan pekerjaan sehingga dapat dilewatkan secara bolak-balik melalui gulungan.

4. Four High Rolling Mills

Four High Rolling Mills

Four High Rolling Mills terdiri dari empat buah gulungan horizontal, dimana dua di antaranya memiliki diameter yang lebih besar dan dua gulungan lainnya memiliki diameter yang lebih kecil. Radius gulungan yang lebih kecil lebih mudah membelokkan dan harus didukung oleh gulungan lain yang masing-masing didukung oleh gulungan belakang yang lebih besar.

5. Cluster Mills (Sendzimir Mills)

Cluster Mills (Sendzimir Mills)

Cluster Mills (Sendzimir Mills) adalah rolling mills yang menggunakan gulungan kerja kecil yang didukung oleh banyak mekanisme gulungan lainnya. Karena mekanisme rolling mills yang sangat kaku, oleh karena itu sering digunakan untuk menggulung material berkekuatan tinggi hingga mencapai ketebalan yang sangat tipis.

6. Tandem Rolling Operations Mills

Tandem Rolling Operations Mills

Tandem Rolling Operations Mills terdiri dari beberapa gulungan yang dilewati bahan kerja secara konstan. Ketebalan bahan kerja dikurangi sejumlah tertentu pada setiap bagian gulungan. Pengurangan total antara gulungan pertama dan terakhir bisa menjadi signifikan. Pengguliran tandem bisa lebih menguntungkan bila diintegrasikan dengan pengecoran secara kontinu.

Cacat Pada Proses Metal Rolling (defect)

Dalam proses metal rolling terdapat kemungkinan terjadinya cacat (defect) dalam proses penggulungan logam. Secara umum terdapat dua jenis cacat yang dapat terjadi pada proses pembentukan logam roling yaitu cacat permukaan dan cacat struktur/internal.

1. Cacat Permukaan (Surface Defects)

Cacat permukaan biasanya terjadi karena kotoran yang terbentuk pada material seperti kerak, karat, atau kotoran. Penangan pada permukaan bahan yang memadai sebelum operasi penggulungan logam dapat membantu menghindari hal tersebut. 

2. Cacat Struktural/internal (Structural Defects)

Cacat struktural atau internal yang disebabkan oleh distribusi bahan yang tidak tepat selama proses penggulungan. Cacat internal dalam proses metal rolling harus mendapat perhatian khusus karena mempengaruhi sifat dan karakteristik hasil akhir logam. Berikut ini beberapa jenis cacat struktural tersebut :

a. Wavy Edges dan Zippe Cracks : Cacat ini disebabkan karena gulungan yang tertekuk di bawah tekanan penggulungan.

b. Edgecracks and centre split : Cacat ini disebabkan karena deformasi plastis yang tidak homogen pada logam di sepanjang lebar. Saat benda kerja melewati gulungan, di bawah tekanan penggulungan tingginya menurun sedangkan panjangnya bertambah.

c. Alligatoring : Cacat ini disebabkan karena adanya gesekan pada antarmuka gulungan dan permukaan atas dan bawah dari benda kerja, perpanjangan pada permukaan atas dan bawah lebih kecil dari bahan yang terletak di pusat ketebalan benda kerja.

d. Folds : Cacat ini ditemui saat pengurangan per lintasan sangat rendah.

e. Laminations : Cacat ini terjadi Jika ingot tidak berbunyi dan memiliki pipa atau lubang tiup dan selama penggulungan tidak dilakukan pengelasan sepenuhnya.

Referensi :

[1] thelibraryofmanufacturing.com

[2] H.N Gupta, et al. "Manufacturing Processes".2009.

Share :