Proses Tempa Penting untuk Joint Universal

TL;DR

Proses penempaan untuk joint universal adalah metode manufaktur canggih yang membentuk paduan baja berkualitas tinggi di bawah tekanan ekstrem untuk menghasilkan komponen yang kuat dan tahan lama. Teknik utama meliputi penempaan panas, di mana logam dipanaskan di atas suhu rekristalisasi agar lebih mudah dibentuk, dan penempaan dingin untuk ketepatan yang lebih tinggi. Proses ini menggunakan mesin press berkapasitas tinggi dan mati khusus untuk membentuk bagian-bagian utama, seperti yoke dan cross, memastikan kekuatan superior dan struktur butir yang kontinu, penting untuk aplikasi dengan beban tinggi.

Memahami Joint Universal dan Keunggulan Proses Penempaan

Gabungan universal, sering disebut U-joint, adalah kopling mekanis penting yang menghubungkan poros berputar, memungkinkan mereka untuk mengirimkan torsi dan gerakan bahkan ketika mereka berada pada sudut satu sama lain. Fleksibilitas ini sangat penting dalam aplikasi yang tak terhitung jumlahnya, mulai dari poros penggerak mobil dan sistem kemudi hingga mesin industri dan pertanian. Senyawa ini biasanya terdiri dari dua ikatan yang dihubungkan oleh komponen berbentuk salib, atau laba-laba, yang menampung bantalan untuk memudahkan rotasi yang lancar.

Pengecoran tempa merupakan metode manufaktur yang dipilih untuk komponen-komponen ini karena kekuatan luar biasa yang dihasilkannya. Berbeda dengan pengecoran atau permesinan dari bahan pejal, penempaan membentuk logam melalui deformasi terkendali, menyelaraskan struktur butiran internal material dengan bentuk akhir komponen. Hal ini menciptakan aliran butiran yang kontinu mengikuti lekukan yoke dan cross, sehingga memberikan kekuatan tarik luar biasa, ketahanan terhadap kelelahan, serta daya tahan terhadap benturan. Integritas struktural ini sangat penting bagi komponen yang harus menahan beban yang terus-menerus, kompleks, dan berganti-ganti selama masa pakainya.

Pemilihan material untuk joint universal ditentukan oleh kondisi-kondisi yang menuntut tersebut. Baja paduan berkualitas tinggi merupakan pilihan standar karena kekuatan, ketangguhan, dan ketahanan ausnya yang sangat baik. Sebagai contoh, baja karbon sedang seperti baja 45 sering digunakan untuk komponen seperti garpu joint universal. Dalam beberapa aplikasi khusus, terutama yang membutuhkan ketahanan korosi tinggi, paduan baja tahan karat dapat digunakan, dan permukaan dapat dilapisi untuk mengurangi gesekan serta mencegah galling.

Teknik Pengecoran Inti: Forging Panas vs. Forging Dingin

Pembuatan joint universal terutama bergantung pada dua teknik forging utama: forging panas dan forging dingin. Pemilihan antara keduanya tergantung pada komponen tertentu, sifat material yang dibutuhkan, dan volume produksi. Setiap metode menawarkan serangkaian keunggulan dan kelemahan yang berbeda dalam hal presisi, kekuatan, dan biaya.

Hot forging adalah metode paling umum untuk memproduksi komponen sambungan universal seperti cross. Dalam proses ini, billet baja dipanaskan hingga suhu di atas titik rekristalisasi. Panas ekstrem ini membuat logam menjadi lunak dan plastis, sehingga dapat dibentuk dengan tekanan lebih rendah dari mesin tempa atau palu. Manfaat utama dari penempaan panas adalah kemampuannya menciptakan geometri 3D yang kompleks dan deformasi besar dengan relatif mudah, menjadikannya ideal untuk bentuk rumit dari cross sambungan U. Proses ini juga menyempurnakan struktur butiran logam, menghilangkan porositas, serta meningkatkan ketangguhannya.

Pemancungan Dingin , sebaliknya, dilakukan pada atau mendekati suhu ruangan. Proses ini membutuhkan tekanan yang jauh lebih tinggi untuk membentuk logam tetapi menawarkan akurasi dimensi yang lebih baik, hasil permukaan yang lebih halus, dan peningkatan kekuatan melalui fenomena yang dikenal sebagai pengerasan regangan. Meskipun kurang umum digunakan untuk pembentukan awal bagian-bagian kompleks seperti cross, penempaan dingin dapat digunakan untuk komponen tertentu atau sebagai proses finishing sekunder untuk mencapai toleransi ketat tanpa perlu permesinan yang luas.

Berikut adalah perbandingan dari dua metode utama:

Proses Pembuatan Langkah demi Langkah

Pembuatan sambungan universal melalui penempaan adalah proses multi-tahap yang mengubah batang baja sederhana menjadi komponen mekanis berkinerja tinggi. Setiap langkah dikontrol secara cermat untuk memastikan produk akhir memenuhi standar kualitas dan daya tahan yang ketat. Meskipun detail spesifik dapat bervariasi, alur kerja umumnya mengikuti urutan tahapan yang jelas.

1. Persiapan dan Pemotongan Material: Proses dimulai dengan pemilihan batang baja paduan berkualitas tinggi. Batang-batang ini diperiksa kualitasnya kemudian dipotong menjadi panjang yang tepat, yang dikenal sebagai billet atau slugs. Berat dan volume setiap billet dihitung untuk memastikan jumlah material yang cukup guna mengisi rongga cetakan, sehingga meminimalkan limbah (dikenal sebagai flash).
2. Pemanasan (untuk Penempaan Panas): Billet yang telah dipotong diangkut ke tungku, biasanya tungku induksi, di mana mereka dipanaskan hingga mencapai suhu tempa yang optimal. Untuk baja, suhu ini umumnya berkisar antara 1100°C hingga 1250°C. Tahap ini sangat penting untuk membuat logam cukup lunak agar dapat dibentuk di bawah tekanan.
3. Pengecoran dan Pembentukan: Billet yang telah dipanaskan dengan cepat ditempatkan ke dalam setengah bagian bawah cetakan yang dirancang khusus di dalam mesin penempa bertekanan tinggi. Mesin tersebut kemudian memberikan tekanan sangat besar, memaksa logam yang bersifat plastis mengalir dan mengisi rongga cetakan, yang berbentuk seperti komponen yang diinginkan (misalnya, yoke atau cross). Proses ini sering kali terdiri dari beberapa tahap, melibatkan tahap pra-tempa untuk membentuk kasar bagian tersebut dan tahap tempa akhir untuk mencapai bentuk akhir serta detail halus.
4. Pemotongan: Setelah proses tempa, bagian tersebut memiliki garis tipis material berlebih di sepanjang tepinya, yaitu di tempat kedua bagian cetakan bertemu. Material berlebih ini, yang disebut flash, dihilangkan menggunakan mesin pemotong. Flash kemudian didaur ulang.
5. Pengolahan Panas: Untuk mencapai sifat mekanis akhir yang diinginkan, komponen tempa mengalami perlakuan panas. Seperti dijelaskan oleh HYB Universal Joint , proses ini meliputi pendinginan cepat (quenching) untuk mengerasakan baja dan pemanasan ulang pada suhu lebih rendah (tempering) untuk meningkatkan ketangguhan dan mengurangi kerapuhan. Beberapa bagian juga dapat dikarburisasi untuk menciptakan permukaan yang keras dan tahan aus.
6. Pengerjaan Akhir dan Permesinan: Meskipun penempaan menghasilkan bentuk hampir final, permesinan presisi diperlukan untuk mencapai toleransi ketat akhir pada permukaan bantalan dan titik koneksi. Operasi seperti pengeboran, penggerindaan, dan pembubutan dilakukan menggunakan mesin CNC guna memastikan kecocokan sempurna dan operasi yang halus.
7. Perakitan dan Pengendalian Kualitas: Akhirnya, komponen-komponen individual—yoke, silang, dan bantalan—dirakit. Sepanjang seluruh proses, pemeriksaan kontrol kualitas ketat dilakukan, termasuk inspeksi dimensi dan pengujian daya tahan, untuk memastikan setiap sambungan universal memenuhi spesifikasi kinerja.

Komponen Tempa Khusus: Yokes dan Crosses

Komponen utama joint universal, yaitu yoke dan cross, memiliki geometri yang berbeda sehingga memerlukan desain die tempa khusus dan pertimbangan proses tersendiri. Mengoptimalkan proses ini sangat penting untuk meningkatkan pemanfaatan material, memperpanjang usia die, serta memastikan integritas struktural dari komponen akhir.

Pengecoran Yoke Joint Universal

Fork joint universal, atau yoke, merupakan tempaan berbentuk garpu khas dengan distribusi logam yang bervariasi. Bentuknya yang kompleks, dilengkapi rusuk sempit dan tinggi, membuat proses penempaan menjadi sulit dilakukan secara efisien. Metode konvensional dapat menyebabkan aliran material yang buruk, menghasilkan flash berlebih di beberapa area dan pengisian yang tidak lengkap di area lain. Hal ini tidak hanya membuang material, tetapi juga menyebabkan keausan die yang lebih cepat serta membutuhkan tekanan penempaan yang lebih tinggi.

Untuk mengatasi tantangan-tantangan tersebut, teknik canggih seperti proses pre-forging semi-tertutup telah dikembangkan. Seperti dijelaskan dalam analisis oleh Xinlong Machinery , ini melibatkan perancangan ulang struktur die untuk mengontrol aliran logam secara lebih baik, memaksanya masuk ke rongga yang diperlukan daripada keluar ke saluran flash. Dengan mengoptimalkan bentuk pra-tempa dan tata letak die, produsen dapat meningkatkan pemanfaatan material dari sekitar 61,5% menjadi 75% atau lebih, secara signifikan mengurangi beban penempaan akhir, serta lebih dari dua kali lipat masa pakai die.

Bagi perusahaan yang mencari komponen otomotif yang kuat dan andal, layanan penempaan khusus sangat penting. Sebagai contoh, untuk komponen otomotif yang kuat dan andal, lihat layanan penempaan custom dari Shaoyi Metal Technology . Mereka mengkhususkan diri dalam penempaan panas berkualitas tinggi yang tersertifikasi IATF16949 untuk industri otomotif, menawarkan segala sesuatu mulai dari prototipe cepat untuk batch kecil hingga produksi massal skala penuh. Keahlian mereka dalam pembuatan die internal memastikan ketepatan dan efisiensi untuk komponen kompleks seperti yoke sambungan universal.

Penempaan Poros Silang

Poros silang, juga dikenal sebagai spider, adalah komponen utama yang menghubungkan dua yoke. Geometri empat cabangnya merupakan contoh klasik dari bagian 3D yang kompleks dan sangat cocok diproduksi melalui penempaan panas dengan cetakan tertutup. Proses ini harus memastikan bahwa alur butir logam terus-menerus dari bagian tengah menuju ke masing-masing dari empat trunnion (atau journal pegs). Hal ini sangat penting agar mampu menahan gaya torsi dan lentur yang terjadi selama operasi.

Proses penempaan untuk poros silang U-joint melibatkan penekanan billet baja yang telah dipanaskan dalam cetakan yang memaksa material mengalir keluar membentuk empat lengan berbentuk silang. Desain preform dan cetakan sangat menentukan untuk memastikan rongga cetakan terisi penuh tanpa cacat. Setelah proses penempaan, poros silang menjalani perlakuan panas, seperti karburisasi, untuk menciptakan permukaan yang sangat keras dan tahan aus pada bagian trunnion tempat bantalan jarum akan ditempatkan, sekaligus mempertahankan inti yang lebih kuat dan lebih ulet guna menyerap beban kejut.

Pertanyaan yang Sering Diajukan

1. Apa saja 4 jenis proses penempaan?

   Ada empat jenis utama proses penempaan yang digunakan untuk membentuk logam. Ini termasuk penempaan die cetakan (atau penempaan die tertutup), di mana logam ditekan di antara dua die yang memiliki bentuk tertentu; penempaan die terbuka, di mana logam dibentuk di antara die datar tanpa menutupnya sepenuhnya; penempaan dingin, yang dilakukan pada suhu ruangan untuk presisi tinggi; dan penempaan cincin gulung mulus, yang digunakan untuk membuat komponen berbentuk cincin.

2. Dari bahan apa sambungan universal terbuat?

   Sambungan universal biasanya terbuat dari paduan baja berkekuatan tinggi yang dapat dikeraskan dengan panas agar tahan terhadap torsi tinggi dan keausan. Bahan yang umum digunakan meliputi baja karbon seperti baja 45 dan berbagai jenis baja paduan. Untuk aplikasi yang membutuhkan ketahanan korosi tinggi, seperti di lingkungan laut atau lepas pantai, komponen dapat dibuat dari baja tahan karat, seperti kelas 316L. Lapisan seperti PTFE juga dapat diterapkan untuk mengurangi gesekan.

3. Apa itu proses penempaan silang?

   Penempaan silang adalah proses awal pengerjaan bahan tempa pada bidang-bidang yang bergantian untuk mengembangkan sifat mekanis. Untuk poros sambungan universal, digunakan proses cetakan tertutup di mana billet yang dipanaskan ditekan, memaksa logam mengalir keluar ke empat rongga cetakan. Untuk poros sambungan universal, ini melibatkan penggunaan proses cetakan tertutup di mana billet yang dipanaskan ditekan, memaksa logam mengalir keluar ke empat rongga cetakan yang membentuk lengan-lengan poros silang. Proses ini dirancang untuk memastikan rongga cetakan terisi penuh sekaligus meminimalkan limbah material (flash).