Industri Fabrikasi Logam Maju dari Pembentukan ke Penyelesaian Akhir

Pertimbangkan instrumen presisi di tangan Anda atau komponen penting di dalam mesin mobil. Bagaimana bahan baku berubah menjadi produk akhir dengan bentuk, karakteristik kinerja, dan sifat permukaan tertentu? Manufaktur bagian logam adalah proses kompleks yang mengintegrasikan berbagai teknik. Artikel ini mengeksplorasi tahapan rumit produksi komponen logam, mulai dari pembentukan awal hingga perawatan permukaan canggih, mengungkapkan ilmu pengetahuan dan teknologi yang mendasarinya. Kita akan mengkaji berbagai proses manufaktur dan membahas cara memilih kombinasi teknik yang optimal untuk mencapai kinerja dan efisiensi biaya terbaik.

Manufaktur komponen logam biasanya melibatkan serangkaian proses, yang secara luas dikategorikan sebagai operasi primer dan sekunder. Banyak bagian memerlukan kombinasi keduanya. Selama produksi, komponen yang belum selesai disebut sebagai "work-in-progress" (WIP), menunggu pemrosesan lebih lanjut.

• Proses Primer: Ini membentuk bahan menjadi bentuk yang mendekati dimensi dan geometri akhir. Mereka menetapkan struktur dasar dan distribusi material bagian tersebut.
• Proses Sekunder: Ini memodifikasi permukaan WIP, sifat material, atau menerapkan pelapis. Ketika proses primer saja tidak dapat memenuhi persyaratan desain, operasi sekunder digunakan. Setelah pemrosesan primer, WIP menjadi "substrat." Misalnya, pada bagian yang terbuat dari alumina sinter dengan lapisan logam, alumina berfungsi sebagai substrat. Pada sekrup baja galvanis, baja adalah substrat.

Proses primer membentuk inti dari manufaktur komponen logam, yang mendefinisikan struktur dasar bagian tersebut. Di bawah ini adalah jenis utama operasi primer:

Pencetakan dan pengecoran melibatkan penyuntikan bahan cair ke dalam cetakan, membiarkannya mengeras, dan kemudian mengeluarkan bagian yang dibentuk. Metode ini berlaku untuk logam, polimer, dan kaca. Untuk plastik, teknik umum meliputi cetakan injeksi dan cetakan tiup; untuk logam, pengecoran die, pengecoran pasir, dan pengecoran investasi sangat umum.

• Cetakan Injeksi Plastik: Pelet termoplastik masuk ke hopper dan masuk ke mesin injeksi. Sekrup yang berputar mengangkut material ke depan sementara gesekan dan zona pemanasan melelehkannya. Setelah plastik cair yang cukup terkumpul, sekrup menyuntikkannya ke dalam rongga cetakan. Setelah pendinginan, cetakan terbuka, dan bagian dikeluarkan.
• Pengecoran Die: Logam cair dipaksa masuk ke dalam rongga cetakan. Setelah pemadatan, cetakan terbuka, dan bagian dikeluarkan.

Semua proses pencetakan dan pengecoran memerlukan kontrol atas komposisi material dan suhu leleh. Variabel tambahan seperti tekanan injeksi, suhu cetakan, waktu pengeluaran, dan pelumasan cetakan juga bisa menjadi kritis.

Proses ini memadatkan bubuk logam atau keramik dalam cetakan di bawah tekanan, kemudian mensinternya dalam tungku bersuhu tinggi untuk menyatukan partikel menjadi bagian padat. Pengepresan panas dan pengepresan isostatik panas menggabungkan pemadatan dan sintering.

Bagian sinter yang ideal menunjukkan porositas terkontrol, yang direkayasa melalui parameter pemadatan dan sintering untuk mencapai sifat yang diinginkan.

Proses ini membentuk logam atau polimer padat melalui deformasi mekanik. Bahan awal meliputi lembaran, tabung, batang, atau blanko, terkadang dipanaskan agar lebih mudah dibentuk. Bagian logam dapat dicap, ditarik, ditempa, atau diekstrusi; polimer dibentuk melalui cetakan kompresi atau termoforming.

• Cetakan Kompresi: Bagian plastik terbentuk dari bubuk, pelet, atau pra-bentuk. Saat cetakan menutup, kompresi menghasilkan geser, sementara setengah cetakan yang dipanaskan melunakkan material untuk mengisi rongga. Panas dan tekanan yang berkelanjutan menyembuhkan plastik.

Proses subtraktif ini menghilangkan material dari lembaran, balok, atau batang untuk memperbaiki bagian cor atau cetakan, mencapai toleransi yang lebih ketat, atau mengubah estetika. Teknik meliputi permesinan, etsa kimia, dan pemrosesan berkas laser, yang berlaku untuk logam, polimer, dan keramik.

• Permesinan: Meliputi penggilingan, penggilingan, dan pengeboran.
• Etsa Kimia: Menciptakan fitur halus pada lembaran logam tipis atau menghilangkan bagian yang tidak diinginkan.
• Pemrosesan Berkas Laser: Mengebor atau memotong logam, polimer, dan keramik.

Laminasi merakit lapisan material individual menjadi struktur multi-lapis, seringkali untuk komposit. Lapisan ditekan bersama dengan atau tanpa perekat, terkadang di bawah panas.

Proses sekunder memodifikasi WIP dan terbagi dalam tiga kategori:

• Modifikasi Material: Mengubah sifat di seluruh penampang bagian.
• Modifikasi Permukaan: Mengubah karakteristik permukaan.
• Deposition Pelapisan: Menerapkan atau menumbuhkan pelapis pada permukaan.

Perlakuan panas mengubah mikrostruktur logam untuk meningkatkan kekuatan, keuletan, atau sifat magnetik. Siklus pemanasan dan pendinginan yang terkontrol bervariasi berdasarkan material dan hasil yang diinginkan.

• Paduan Baja: Dipanaskan dalam oven atau tungku, kemudian didinginkan pada laju yang memengaruhi mikrostruktur. Pendinginan lambat terjadi di udara; pendinginan cepat menggunakan minyak atau pendinginan air.
• Paduan Aluminium, Tembaga, dan Nikel: Diperkuat melalui perlakuan larutan (pemanasan dan pendinginan cepat) diikuti oleh pengerasan presipitasi (penuaan pada suhu yang lebih rendah).

Metode kimia, mekanik, atau termal memperbaiki komposisi, tekstur, atau kimia permukaan untuk meningkatkan ketahanan aus, umur kelelahan, gesekan, atau kemampuan pengikatan.

• Perlakuan Panas Permukaan: Proses seperti induksi, laser, atau pengerasan api menciptakan lapisan permukaan yang tahan lama di atas inti yang ulet.
• Proses Termokimia: Karburasi, nitridasi, atau karbonitridasi menyebarkan elemen ke dalam permukaan untuk membentuk lapisan keras.
• Proses Mekanik: Penembakan peening (meningkatkan ketahanan kelelahan), peledakan pasir (membersihkan/mengkasarkan), atau penggilingan (menyelesaikan permukaan).
• Pembersihan Kimia: Menghilangkan kontaminan menggunakan asam, alkali, atau pelarut.

Lapisan tipis (dari nanometer hingga mikrometer) meningkatkan ketahanan aus, ketahanan korosi, atau estetika di luar kemampuan substrat. Contohnya termasuk:

• Pelapisan Elektro: Merendam bagian dalam larutan konduktif; arus mengendapkan ion logam (misalnya, tembaga, emas, nikel) ke permukaan.
• Pelapis Konversi: Tumbuh melalui reaksi kimia (misalnya, fosfat pada baja, kromat pada aluminium).
• Anodisasi: Secara elektrokimia mengoksidasi permukaan aluminium, magnesium, atau titanium.
• Pengecatan/Pelapisan Bubuk: Menerapkan cairan berbasis polimer atau bubuk kering, dikeringkan melalui pemanasan.
• Deposition Vakum: Menyemprotkan atau menguapkan logam (misalnya, aluminium, titanium) dalam ruang vakum.
• Penyemprotan Termal: Memproyeksikan tetesan cair (logam, keramik) ke permukaan melalui metode api, busur, atau plasma.

Beberapa komponen mengalami beberapa proses sekunder. Misalnya, peledakan pasir dapat mendahului pengecatan untuk membersihkan dan mengkasarkan permukaan. Bahan pra-pelapisan (misalnya, seng pada lembaran baja) sebelum pembentukan dapat mengurangi biaya dibandingkan dengan pelapisan pasca-pembentukan.

Di luar pembentukan massal, deposisi, etsa, atau teknik konversi kimia membangun struktur rumit, terutama dalam elektronik (misalnya, sirkuit terpadu, MEMS). Di sini, substrat memberikan dukungan mekanis sambil berintegrasi ke dalam desain fungsional.