download

8. TEKNOLOGI PERKAKAS PEMOTONG
Dalam teknologi perkakas pemotong terdapat dua aspek utama yang harus
diperhatikan, yaitu :
- gaya potong, dan
- temperatur.
Gaya potong yang terlalu besar, melebihi kemampuan yang dimiliki material
perkakas akan dapat menyebabkan keretakan/patah pada perkakas, sedang
temperatur akan meningkat bila gaya gesek antara perkakas dengan
serpihan/benda kerja terlalu besar, sehingga perkakas menjadi lunak dan mudah
rusak akibat mengalami deformasi plastik.
Tiga jenis penyebab kerusakan yang mungkin terjadi pada proses pemotongan:
1. Kerusakan karena retak/patah (fracture failure), terjadi bila gaya potong (Fc)
terlalu tinggi.
2. Kerusakan karena temperatur (temperature failure), terjadi bila temperatur
akibat gesekan terlalu tinggi.
3. Aus karena pemakaian berulang-ulang (gradual wear); pemakaian yang
berulang-ulang dapat menyebabkan ketajaman perkakas berkurang. Ketajaman
berkurang menyebabkan efisiensi pemakaian berkurang dan temperatur
meningkat akibat gaya gesekan bertambah, maka akan terjadi kerusakan seperti
pada point 2.
Keausan Perkakas
Biasanya terjadi bila pemakaian
ditunjukkan dalam gambar 8.1.
dilakukan
secara
berulang-ulang
seperti
Gambar 8.1 Diagram perkakas pemotong yang mengalami keausan
146
Terdapat dua jenis keausan pada perkakas, yaitu :
- keausan dalam bentuk lubang (crater wear), dan
- keausan pada panggul (flank wear).
Keausan dalam bentuk lubang, yaitu keausan yang terjadi pada permukaan garuk
perkakas berupa lubang kecil yang disebabkan oleh kenaikan temperatur (akibat
pergesekan antara serpihan dengan permukaan garuk perkakas) sehingga terjadi
proses defusi, adesif, abrasif/pengikisan, dan akhirnya terbentuklah lubang kecil
pada permukaan garuk perkakas.
Keausan panggul, yaitu keausan yang terjadi pada bagian yang melengkung (panggul)
perkakas akibat adanya pengikisan.
Mekanisme terjadinya keausan pada perkakas :
1. Abrasif, terjadi karena adanya pengikisan pada perkakas akibat pengerjaan
benda kerja yang keras.
2. Adesi, terjadi akibat adanya gaya tekan dan panas yang tinggi sehingga perkakas
mengalami keausan akibat adanya partikel-partikel kecil material perkakas yang
lepas dari permukaannya dan melekat pada bagian benda kerja. Hal ini biasa
terjadi antara serpihan dengan permukaan garuk perkakas.
3. Difusi, prosesnya hampir sama dengan adesi, tetapi disini yang melepaskan diri
adalah atom-atom material perkakas, berdifusi menuju serpihan sehingga
kekerasan perkakas berkurang. Bila proses ini berlanjut secara terus-menerus,
maka akan mudah mengalami adesi dan abrasi. Difusi adalah merupakan
penyebab terjadinya keausan dalam bentuk lubang (crater wear) pada perkakas.
4. Deformasi plastik; karena adanya peningkatan temperatur yang tinggi akibat
gesekan, maka material perkakas menjadi lunak dan mudah mengalami deformasi
plastik. Deformasi plastik merupakan penyebab utama terjadinya keausan
panggul (flank wear).
Keausan perkakas akan bertambah cepat bila kecepatan potong dan temperatur
tinggi.
Umur Perkakas dan Persamaan Umur Perkakas Taylor
Umur perkakas didefinisikan sebagai panjang waktu potong dimana perkakas masih
dapat digunakan. Gambar 8.2 menunjukkan kurve hubungan antara keausan dan
waktu potong perkakas. Tiga daerah yang biasanya digunakan untuk
mengidentifikasi laju keausan perkakas, yaitu :
1. Periode peretakan (break-in period), yaitu periode keausan yang terjadi
sesaat setelah pengoperasian, dimana pada periode ini keausan perkakas
berjalan sangat cepat terutama pada bagian tajam dari ujung perkakas;
2. Daerah keausan konstan (steady-state wear region); daerah ini menggambarkan laju keausan sebagai fungsi linear terhadap waktu;
147
3. Daerah kerusakan (failure region); pada periode ini laju keausan perkakas
berjalan dengan cepat sehingga temperatur potong bertambah tinggi dan
efisiensi proses pemesinan berkurang, dan akhirnya perkakas menjadi rusak
akibat temperatur tinggi.
Gambar 8.2 Keausan perkakas sebagai fungsi waktu pemotongan
Kemiringan (slope) kurve pada daerah keausan konstan dipengaruhi oleh :
- material benda kerja, dan
- kondisi pemotongan.
Material yang lebih keras akan menyebabkan peningkatan laju keausan (kemiringan
kurve bertambah). Kondisi pemotongan dengan menambah kecepatan potong,
hantaran, dan kedalaman potong juga akan menyebabkan peningkatan laju keausan.
Gambar 8.3 memperlihatkan kurve keausan perkakas dengan beberapa kecepatan
yang berbeda.
Gambar 8.3 Kurve keausan perkakas dengan beberapa kecepatan yang berbeda
148
Dengan bertambahnya kecepatan potong, maka laju keausan juga bertambah,
sehingga tingkat kerusakan yang sama akan dicapai dalam waktu yang lebih cepat.
Persamaan Umur Perkakas Taylor
Bila tiga harga umur perkakas dalam gambar 8.3 diplot kembali pada grafik
hubungan antara kecepatan potong terhadap umur perkakas (dalam bentuk grafik
logaritme natural), maka hubungan tersebut akan berbentuk garis lurus seperti
ditunjukkan dalam gambar 8.4.
Gambar 8.4 Hubungan antara kecepatan potong terhadap umur perkakas (dalam
bentuk grafik logaritme natural)
Hubungan ini ditemukan oleh F.W. Taylor pada sekitar tahun 1900, sehingga
persamaannya disebut persamaan umur perkakas Taylor, yaitu :
vT n = C
dimana :
v = kecepatan potong, ft/menit (m/menit);
T = umur perkakas, menit;
n dan C adalah parameter yang nilainya tergantung pada hantaran,
kedalaman potong, material benda kerja, material perkakas, dan
kreteria umur perkakas yang digunakan.
Nilai n lebih dipengaruhi oleh material perkakas, sedang nilai C lebih tergantung
pada material benda kerja dan kondisi pemotongan. Dalam gambar 8.4 n ditunjukkan
oleh kemiringan kurve, sedang C menunjukkan nilai kecepatan potong setiap 1 menit
umur perkakas.
149
Pada persamaan di atas terlihat bahwa satuan pada ruas kiri tidak konsisten dengan
satuan pada ruas kanan. Agar satuannya konsisten, maka persamaan tersebut harus
dirubah menjadi :
vT n = C(Tref)
dimana ;
Tref = 1 menit bila v
n
dalam ft/menit (m/menit), dan T dalam menit,
tetapi bila v dalam ft/detik (m/detik), dan T dalam detik, maka Tref = 1
detik.
Contoh soal :
Tentukan nilai C dan n dalam gambar 8.4 dengan memilih dua diantara tiga titik
pada kurve tersebut.
Jawab :
Misalnya kita pilih titik-titik yang ekstrim yaitu v = 400 ft/menit, T = 5 menit dan v
= 200 ft/menit, T = 41 menit, maka diperoleh :
400(5)n = C
200(41)n = C
Ruas kiri dari kedua persamaan di atas adalah sama :
400(5)n = 200(41)n
ln (400) + n ln (5) = ln (200) + n ln (41)
5,9915 + 1,609n = 5,2983 + 3,7136n
n = 0,329
Nilai n substitusikan ke persamaan semula :
C = 400 (5)0,329 = 679
atau C = 200 (41)0,329 = 679
Jadi persamaan umur perkakas Taylor sesuai dengan data gambar 24.5 adalah :
vT
0,329
= 679
Persamaan umur perkakas Taylor dapat diformulasikan dengan memasukkan
pengaruh dari hantaran, kedalaman potong, dan kekerasan benda kerja :
150
vT nf md pH q = K(Tref) n(fref) m(dref) p(Href)
dimana :
q
f = hantaran, in (mm);
d = kedalaman potong, in (mm);
H = kekerasan, skala kekerasan;
m, p dan q adalah parameter yang nilainya ditentukan secara
eksperimen;
K analog dengan C;
fref, dref, Href adalah nilai referensi dari hantaran, kedalaman potong,
dan kekerasan.
Dalam prakteknya sangat sulit menerapkan rumus di atas, maka untuk menyederhanakan sebagian parameter biasanya diabaikan, seperti misalnya dengan mengabaikan kedalaman potong dan kekerasan, sehingga rumus di atas dapat dirubah
menjadi:
vT nf
m
= K(Tref) n(fref)
m
Kreteria umur perkakas dalam industri :
Terdapat 9 kreteria yang biasa digunakan dalam operasi pemesinan produksi, yaitu :
1. Kerusakan total (complete failure), yaitu kerusakan total pada mata potong
seperti kerusakan karena retak/patah, kerusakan karena temperatur, atau
karena aus akibat pemakaian terus-menerus sampai patah.
2. Inspeksi keausan panggul atau keausan lubang secara visual yang dilakukan oleh
operator mesin. Kreteria ini hanya dapat dilakukan oleh seseorang yang telah
memiliki keakhlian di bidang tersebut;
3. Uji mata potong dengan menggunakan kuku jari tangan yang dilakukan oleh
operator;
4. Perubahan suara selama operasi, hal ini juga ditentukan oleh operator;
5. Serpihan berserabut dan susah dibuang;
6. Degradasi pada penyelesaian permukaan benda kerja;
7. Peningkatan pemakaian daya selama operasi, dapat diukur dengan wattmeter
yang dihubungkan dengan mesin perkakas;
8. Menghitung bendakerja/part yang dikerjakan. Operator diminta untuk
menggantikan perkakasnya setelah mengerjakan part dalam jumlah tertentu;
9. Kumulatif waktu potong, hampir sama dengan menghitung bendakerja, hanya
disini yang dimonitor panjang waktu potong perkakas.
151
Kualitas perkakas ditentukan oleh 2 faktor, yaitu :
- material perkakas, dan
- geometri perkakas.
Material perkakas yang digunakan harus dapat mengatasi gaya potong dan panas
akibat gesekan yang dialami, serta akibat pemakaian yang berulang-ulang.
Geometri perkakas harus dibuat sedemikianrupa sehingga dapat mengurangi
terjadinya gesekan antara perkakas dengan benda kerja.
Material Perkakas
Untuk mengatasi tiga jenis kerusakan yang mungkin terjadi pada perkakas, maka
sifat mekanik yang perlu diperhatikan dalam memilih material perkakas adalah :
1. Ketangguhan, untuk menhindari kerusakan akibat keretakan, maka material
perkakas harus memiliki ketangguhan yang tinggi. Ketangguhan adalah
kemampuan material untuk menyerap energi tanpa menyebabkan terjadinya
kerusakan. Biasanya ditunjukkan oleh kombinasi antara kekuatan dan keuletan
material.
2. Kekerasan merah (hot hardness), yaitu kemampuan material untuk mempertahankan kekerasannya pada temperatur tinggi. Hal ini diperlukan karena akan
terjadi panas yang tinggi pada saat perkakas tersebut dioperasikan (lihat
gambar 8.5).
3. Tahan aus, tidak hanya ditentukan oleh kekerasan dari material, tetapi juga
ditentukan oleh kehalusan dari permukaan material, komposisi kimia dan cara
pengerjaan material, dan ada atau tidaknya digunakan cairan pendingin.
Gambar 8.5 Kekerasan merah untuk beberapa jenis material
152
Material perkakas yang biasa digunakan adalah :
1. Baja karbon dan baja paduan rendah, sekarang jarang digunakan karena tidak
memiliki kekerasan merah yang tinggi.
2. Baja kecepatan tinggi, mengandung paduan tinggi, mempunyai kemampuan
dikeraskan sangat baik, dan tetap mempertahankan tepi pemotongan yang baik
sampai suhu 650OC.
3. Paduan kobalt cor, mengandung kobalt sekitar 40% sampai dengan 50%.
Ketahanan ausnya lebih baik daripada baja kecepatan tinggi, tetapi tidak sebaik
karbida sementit. Ketangguhannya lebih baik daripada karbida, tetapi tidak
sebaik baja kecepatan tinggi. Kekerasan merahnya terletak diantara baja
kecepatan tinggi dan karbida sementit.
4. Karbida sementit, memiliki kekerasan merah yang terbaik diantara material
perkakas yang lain yaitu mencapai 1200 OC, tetapi material ini sangat rapuh
sehingga didalam pengopersiannya perlu didukung dengan sangat kaku untuk
mencegah keretakan.
5. Keramik, dibuat dari serbuk halus oksida aluminium (Al2O3) yang dipres dengan
tekanan tinggi dan disinter dengan temperatur tinggi tanpa bahan pengikat,
biasanya ditambah-kan dengan sejumlah kecil oksida yang lain seperti oksida
zirconium. Sangat baik digunakan untuk penyelesaian permukaan, tetapi tidak
baik untuk operasi pemotongan kasar karena ketangguhannya rendah.
6. Intan sintetik (syntetic diamonds); intan dikenal sebagai material yang keras,
kekerasannya mencapai tiga sampai empat kali kekerasan karbida tungsten atau
oksida aluminium. Perkakas pemotong intan sintetik dibuat dari intan
polikristalin, yaitu serbuk halus kristal intan disinter pada temperatur tinggi dan
dipres sesuai dengan bentuk yang diinginkan, tanpa bahan pengikat. Intan
sintetik digunakan mesin kecepatan tinggi untuk non-ferrous dan untuk
pengerjaan abrasif material non-logam seperti serat gelas dan grafit.
Geometi Perkakas
Dalam hal ini hanya akan dibahas mengenai geometri perkakas mata tunggal seperti
ditunjukkan dalam gambar 8.6. Terdapat 7 elemen geometri perkakas mata tunggal,
yaitu :
1. Sudut garuk belakang/back rake angle (b), fungsinya untuk mengatur arah
aliran serpihan pada permukaan garuk;
2. Sudut garuk samping/side rake angle (s), fungsinya sama yaitu untuk
mengatur arah aliran serpihan pada permukaan garuk;
3. Sudut pengaman ujung/end relief angle (ERA), fungsinya untuk memberikan
ruang bebas antara perkakas dengan permukaan benda kerja (bagian bawah)
yang dipotong agar tidak terjadi pergesekan;
153
4. Sudut pengaman samping/side relief angle (SRA), fungsinya untuk memberikan
ruang bebas antara perkakas dengan permukaan benda kerja (bagian samping)
yang dipotong agar tidak terjadi pergesekan;
5. Sudut mata potong samping/side cutting edge angle (SCEA), fungsinya untuk
menentukan panjang mata perkakas yang masuk ke dalam benda kerja (besar
hantaran dan kedalaman potong perkakas ke dalam benda kerja), untuk
mengurangi terjadinya gaya kejut;
6. Sudut mata potong ujung/end cutting edge angle (ECEA), fungsinya untuk
memberikan ruang bebas antara perkakas dengan permukaan benda kerja yang
baru dihasilkan agar tidak terjadi gesekan;
7. Jari-jari ujung/nose radius (NR), fungsinya agar dihasilkan permukaan dengan
texture yang baik.
Gambar 8.6 Tujuh elemen geometri perkakas mata tunggal
Pemutus Serpihan (Chip Breakers)
Serpihan berbentuk benang sering terjadi khususnya bila benda kerja ulet dibubut
dengan kecepatan potong tinggi. Serpihannya dapat membahayakan operator mesin
dan merupakan gangguan dalam penyelesaian benda kerja. Untuk menghindarkan hal
tersebut sering digunakan pemutus serpihan sehingga terpotong pendek-pendek,
seperti ditunjukkan dalam gambar 8.7. Terdapat dua jenis pemutus serpihan yang
sering digunakan yaitu :
- jenis alur/groove type, alur dibuat pada perkakas itu sendiri (gambar 8.7 a);
154
-
jenis sumbat (apitan)/obstruction type, merupakan komponen terpisah yang
diapitkan pada perkakas (gambar 8.7 b).
Gambar 8.7 Dua cara pemutusan serpihan dalam perkakas mata tunggal
Pengaruh Material Perkakas pada Geometri Perkakas
- Baja kecepatan tinggi memiliki kekuatan dan ketangguhan yang terbaik diantara
material perkakas yang lain, tetapi kekerasan merahnya lebih rendah
dibandingkan dengan paduan kobalt, karbida sementit, dan keramik. Ditinjau dari
harga pembuatan baja kecepatan tinggi relatif lebih murah dibandingkan
material yang memiliki kekerasan tinggi. Oleh karena itu kadangkala diperlukan
perubahan geometri perkakas agar memiliki sifat mekanik yang lebih unggul
dengan harga yang lebih murah. Beberapa alternatif cara memegang dan
menempatkan mata potong untuk perkakas mata tunggal ditunjukkan dalam
gambar 8.8 berikut ini.
Gambar 8.8 Tiga cara memegang dan menempatkan mata potong untuk perkakas
mata tunggal
155
-
-
Perkakas padat (solid tool), biasanya untuk perkakas yang menggunakan baja
kecepatan tinggi;
Sisipan terpatri (brazed insert), yaitu menyisipkan mata potong karbida
sementit dengan cara mematri pada tangkai perkakas, dimana tangkainya dibuat
dari baja kecepatan tinggi;
Sisipan yang diklem secara mekanik (mechanically clamped insert), yaitu
menyisipkan mata potong karbida sementit, keramik, atau material keras yang
lain dengan cara mengklem pada tangkai perkakas, dimana tangkainya dibuat dari
baja kecepatan tinggi.
Daftar Pertanyaan
1. Sebutkan dan jelaskan dua aspek utama yang harus diperhatikan dalam teknologi
perkakas pemotong !
2. Sebutkan dan jelaskan tiga model kerusakan perkakas dalam pemesinan !
3. Sebutkan dan jelaskan dua jenis keausan pada perkakas akibat pemakaian yang
berulang-ulang !
4. Jelaskan mekanisme terjadinya keausan pada perkakas !
5. Jelaskan tiga daerah yang biasa digunakan untuk mengidentifikasi terjadinya
keausan perkakas !
6. Apa yang dimaksud dengan parameter n dan C dalam persamaan umur perkakas
Taylor ?
7. Sebutkan dan jelaskan 9 kreteria yang biasa digunakan untuk menentukan umur
perkakas dalam industri !
8. Sebutkan dan jelaskan dua faktor utama yang menentukan kualitas perkakas !
9. Sifat mekanik apa yang perlu diperhatikan dalam memilih suatu material
perkakas ? Beri penjelasan singkat !
10. Gambarkan dan jelaskan fungsi tujuh elemen geometri perkakas pemotong mata
tunggal !
156

Download Report