Baja Kekuatan Tinggi yang Canggih Mengubah Proses Menggambar dalam

Bayangkan menghadapi tantangan manufaktur yang kritis: mengubah lembaran baja yang kaku menjadi komponen presisi yang kompleks. Dalam industri seperti otomotif dan dirgantara, deep drawing adalah proses penting yang menentukan kinerja produk, efisiensi biaya, dan fleksibilitas desain. Baja tradisional seringkali menghadirkan keterbatasan dalam hal kemampuan tarik, tetapi Advanced High-Strength Steel (AHSS) merevolusi lanskap ini.

Deep drawing adalah proses pembentukan logam lembaran yang menggunakan cetakan dan penekan untuk mengubah bahan mentah datar menjadi bagian tiga dimensi. Tidak seperti pembentukan regang, deep drawing murni melibatkan variasi ketebalan minimal, terutama mengandalkan aliran material dari area flensa ke dalam rongga cetakan. Meskipun tidak ada definisi yang ketat, proses di mana kedalaman tarikan melebihi diameter biasanya diklasifikasikan sebagai deep drawing.

Rasio Tarik Terbatas (LDR) berfungsi sebagai indikator utama kemampuan deep drawing suatu material. Dievaluasi melalui uji cangkir, LDR mewakili rasio maksimum diameter bahan mentah terhadap diameter punch yang dapat ditarik dengan sukses (seperti yang diilustrasikan pada Gambar 1). Nilai LDR yang lebih tinggi menandakan kemampuan deep drawing yang unggul, memungkinkan produksi komponen yang lebih dalam dan lebih rumit.

Selama pengujian LDR, logam dari bahan mentah melingkar mengalir melalui radius cetakan ke dinding cangkir. Pergerakan material terbatas pada transisi dari bahan mentah datar ke dinding samping vertikal, tanpa aliran di area dasar. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2, tegangan radial dan kompresi keliling bekerja pada flensa di bawah punch dasar datar, sementara tekanan penahan bahan mentah mencegah kerutan.

Deep drawing yang berhasil bergantung pada tiga elemen yang saling berhubungan: sifat material, parameter proses, dan desain cetakan.

Anisotropi normal (r _m ) secara signifikan memengaruhi kinerja uji cangkir. Ketika r _m melebihi 1, LDR meningkat. Khususnya, LDR menunjukkan sensitivitas minimal terhadap kekuatan atau indeks pengerasan regangan (nilai-n). Baja berkekuatan tinggi dengan UTS >450 MPa dan baja canai panas biasanya menunjukkan r _m ≈1 dan LDR antara 2.0–2.2. Sementara baja dual-phase (DP) dan HSLA menunjukkan nilai LDR yang serupa, baja TRIP menunjukkan kemampuan deep drawing yang sedikit meningkat.

Peningkatan ini berasal dari transformasi austenite-ke-martensite yang bergantung pada mode deformasi (Gambar 3). Penyusutan flensa menghasilkan transformasi yang lebih sedikit daripada deformasi regangan bidang di dinding cangkir, menciptakan wilayah dinding yang lebih kuat yang meningkatkan LDR. Gambar 4 menunjukkan manfaat peningkatan LDR di seluruh kelas baja dengan kekuatan tarik yang setara.

Pelumasan yang tepat mengurangi gesekan dan gaya tarik sekaligus meningkatkan aliran material. Tekanan penahan bahan mentah yang optimal mencegah kerutan tanpa membatasi pergerakan material, dan kecepatan penarikan harus selaras dengan sifat material dan konfigurasi cetakan.

Radius cetakan sangat memengaruhi aliran material dan distribusi tegangan—radius yang terlalu kecil menyebabkan retakan, sementara radius yang besar mendorong kerutan. Pengaturan jarak bebas harus mengakomodasi ketebalan material, dan material cetakan memerlukan pemilihan yang cermat untuk ketahanan aus, kekuatan, dan kompatibilitas perlakuan panas.

AHSS menggabungkan kekuatan, keuletan, dan ketangguhan yang luar biasa untuk mengatasi keterbatasan tradisional:

• Peningkatan Kekuatan: Memungkinkan desain ringan melalui pengurangan material sambil mempertahankan kinerja
• Keuletan Unggul: Mengakomodasi deformasi yang lebih besar untuk geometri yang kompleks
• Ketangguhan Luar Biasa: Meningkatkan keselamatan dan keandalan melalui penyerapan energi yang unggul

Berbagai jenis AHSS menunjukkan karakteristik kemampuan tarik yang berbeda:

• Baja Dual-Phase (DP): Menggabungkan ferit (untuk keuletan) dan martensite (untuk kekuatan), mencapai LDR ≈2.0–2.2 (Gambar 5). Perhatikan bahwa penggandaan kekuatan luluh tidak memengaruhi LDR.
• Baja TRIP: Mekanisme transformasi yang unik meningkatkan kemampuan tarik melalui pembentukan martensite yang diinduksi regangan.
• Baja HSLA: Menawarkan solusi hemat biaya dengan sifat yang seimbang.
• Baja Martensitik (MS): Memberikan kekuatan ekstrem tetapi memerlukan pendekatan pembentukan khusus karena keuletan yang terbatas.

Gambar 6 mengilustrasikan kedalaman cangkir yang dapat dicapai untuk jenis baja ini.

Deep drawing yang berhasil memerlukan desain bagian dan cetakan yang bijaksana:

• Geometri Bagian: Hindari sudut tajam, tepi lurus, dan transisi tiba-tiba; lebih suka radius yang halus
• Struktur Cetakan: Optimalkan radius dan jarak bebas untuk mengelola aliran material dan distribusi tegangan

Meskipun nilai-r terutama memengaruhi kemampuan bentuk cangkir dasar datar, bentuk kompleks seperti dasar hemisferis memperkenalkan sensitivitas tambahan terhadap nilai-n dan mikrostruktur. Bagian berbentuk kotak memerlukan analisis yang mirip dengan cangkir seperempat, dengan dinding samping yang terbentuk melalui pembengkokan/pelepasan material yang mengalir dari area flensa.

Industri ini berkembang menuju kontrol proses cerdas melalui sensor dan AI, simulasi digital untuk optimasi cetakan, dan material serta metode yang ramah lingkungan. Meskipun nilai-r yang lebih tinggi umumnya meningkatkan LDR, nilai absolut tetap bergantung pada pelumasan, gaya penahan bahan mentah, radius cetakan, dan parameter sistem lainnya. Gambar 7 menunjukkan bagaimana viskositas pelumas memengaruhi kinerja.