Proses Manufaktur : Pemotongan Logam

PROSES MANUFAKTUR : PEMOTONGAN LOGAM

A.          Pengertian Proses Pemotongan Logam (Cutting Proses)

Proses pemotongan logam (cutting process) adalah memotong logam untuk mendapatkan bentuk dan ukuran serta kualitas permukaan potong yang direncanakan. Proses pemotongan logam dilakukan dengan tool (perkakas/pahat) yang khusus, sesuai dengan jenis proses pemotongannya. Jadi tool untuk proses yang satu tidak dapat dipakai pada proses yang lainnya, bahkan untuk proses yang sejenis tidak dapat dipertukarkan toolnya bila rencana pemotongannya tidak sama.

B. Jenis Sistem Pemotongan Logam

Sistem pemotongan logam dapat dibedakan menjadi 2 bagian, yaitu:

i. Pemotongan Tegak (Orthogonal Cutting)

Sistem pemotongan tegak merupakan penyederhanaan dari sistem pemotongan miring (obligonal Cutting) dimana gaya diuraikan menjadi komponennya pada suatu bidang (Rochim, 1993). Beberapa asumsi yang digunakan dalam analisis model tersebut adalah:

-          Mata potong pahat sangat tajam sehingga tidak menggosok atau menggaruk benda kerja,

-          Deformasi terjadi hanya dalam dua dimensi,

-          Distribusi tegangan yang merata pada bidang geser, dan

-          Gaya aksi dan reaksi pahat terhadap bidang geram adalah sama besar dan segaris (tidak menimbulkan momen koppel).

Karena sistem gaya dipandang hanya pada satu bidang (bukan ruang) maka gaya total dapat diuraikan menjadi dua komponen gaya yang saling tegak lurus (Rochim, 1993). Tergantung pada cara penguraian dalam hal ini dapat dikemukakan tiga cara, yaitu:

1.   Gaya total (F), ditinjau dari proses deformasi material, dapat diuraikan menjadi dua komponen, yaitu:

F_s : Gaya geser yang mendeformasikan material pada bidang geser sehingga melampaui batas elastik, dan

F_sn :             Gaya normal pada bidang geser yang menyebabkan pahat tetap menempel pada benda kerja.

2.   Gaya total (F) dapat diketahui arah dan besarnya dengan cara membuat dynamometer (alat ukur gaya dimana pahat dipasang padanya dan alat tersebut dipasang pada mesin perkakas) yang mengukur dua komponen gaya, yaitu:

F_v : Gaya potong, searah dengan kecepatan potong, dan

F_f : Gaya makan, searah dengan kecepatan makan.

3.   Gaya total (F) yang bereaksi pada bidang geram (A_y, face, bidang pada pahat dimana geram mengalir) diuraikan menjadi dua komponen untuk menentukan “koefisien gesek geram terhadap pahat”, yaitu:

F_y : Gaya gesek pada bidang geram, dan

F_yn : Gaya normal pada bidang geram.

ii.                Pemotongan Miring (Obligonal Cutting)

               

Dalam sistem pemotongan miring (obligonal cutting) gaya total pemotongan (F) dianggap dalam ruang yang akan diuraikan menjadi tiga komponen dalam sistem koordinat tertentu. Tiga macam sistem koordinat dapat dikemukakan untuk menerangkan lokasi mata pahat relatif terhadap mesin perkakas, yaitu :

1.   Koordinat normal, dengan sumbu X_n menempel pada mata potong mayor (S) dan kedua sumbu lain yang saling tegak lurus, Y_n dan Z_n.

2.   Koordinat tegak, dengan sumbu X_o menempel pada garis proyeksi mata potong mayor pada bidang referensi (horizontal) dan kedua sumbu lain yang saling tegak lurus, Y_o dan Z_o, dan

3.   Koordinat mesin, dengan sumbu Z_f berlawanan arah dengan vektor kecepatan makan dan kedua sumbu lain yang saling tegak lurus, X_f dan Z_f.

Gaya pemotongan total F pertama-tama ditinjau dalam sistem koordinat normal yang dianggap berasal dari tiga komponen gaya yaitu F_xn, F_yn, dan F_zn. Selanjutnya masing-masing komponen gaya tersebut diuraikan lagi menjadi komponen gaya yang lain pada sumbu koordinat tegak dan koordinat mesin. Sebagai contoh, F_{xn xo} (komponen F_xn pada sumbu X_o) dan F_xn, _yo (komponen F_xn pada sumbu Y_o).

Dengan cara menguraikan dan menjumlahkan akhirnya akan ditemukan komponen gaya pada koordinat mesin yang berasal dari komponen gaya pada koordinat normal. Komponen gaya pada koordinat mesin perlu diketahui karena, selain dapat diukur secara langsung dengan dynamometer, gaya tersebut menentukan gaya pemotongan. 

C.  Parameter Proses Pemotongan Logam

Pada proses pemotongan logam apabila bahan benda kerja, jenis pahat dan mesin perkakas yang digunakan telah ditentukan, maka untuk selanjutnya ditentukanlah parameter pemotongan.

Dalam penggunaanya, parameter tersebut dapat divariasikan dan ia akan mempengaruhi terhadap umur mata pahat, waktu permesinan, biaya permesinan, konsumsi energi yang diperlukan, kehalusan permukaan benda kerja, jumlah produksi maksimum yang dihasilkan. Adapun parameter pemotongan tersebut antara lain:

1.   Kedalaman pemotongan (mm)

2.   Hantaran pemotongan (mm/putaran)

3.   Kecepatan pemotongan (m/menit)

D.        Hal yang Perlu Diperhatikan Sebelum Melakukan Proses Pemotongan Logam

Adapun langkah awal yang dilakukan dalam memilih kondisi pemotongan yaitu memilih kedalaman pemotongan  yang dibatasi oleh jumlah proses permesinan logam, kekakuan benda kerja dan mesin perkakas. Hal ini disebabkan kedalaman pemotongan memberi efek yang besar terhadap umur mata pahat.

Langkah kedua adalah memilih hantaran rata-rata; pertimbangannya yaitu pada power mesin perkakas yang  tersedia, sifat kekakuan benda kerja dan mata pahat potong yang tersedia dan kondisi permukaan akhir yang diinginkan.

Langkah ketiga yaitu memilih kecepatan pemotongan. Pemilihan nilai kecepatan pemotongan dapat dilakukan dengan melihat tabel yang terdapat pada katalog mata pahat sedangkan pada mesin perkakas yang diperlukan adalah putaran poros utama  (spindle).

E.       Kedalaman Pemotongan dalam Proses Pemotongan Logam

        Kedalaman pemotongan merupakan faktor penting yang memberi pengaruh terhadap waktu permesinan. Menurut Agapiou (1992) pemilihan kedalaman pemotongan maksimum bergantung kepada :

1.   Geometri dan bahan mata pahat yang digunakan

2.   Gaya pemotongan

3.   Power mesin yang tersedia

4. Kestabilan dari sistem kerja mesin perkakas dan ketelitian ukuran 

5.   Kondisi permukaan akhir yang diperlukan

Pertimbangan 1 lazimnya digunakan untuk jenis mata pahat yang dibuat langsung, bahan dan geometri menentukan kekuatan dari sisi pemotong dan kelenturan dibahagian bawah mata pahat akibat akibat gaya pemotongan yang diberikan.

Pertimbangan 2 menjadi berarti bilamana faktor pelenturan dan getaran dipertimbangkan. Getaran merupakan suatu faktor utama yang bertanggung jawab untuk membataskan nilai maksimum kedalaman pemotongan sebab getaran yang tinggi memberi efek yang buruk terhadap kondisi permukaan benda kerja, ketelitian dimensi, umur mata pahat dan umur mesin perkakas.

Kedalaman pemotongan pada proses pemotongan dapat diketahui dengan menggunakan persamaan berikut :

                                      a=(d1-d2)/2          

Dimana :

        a = Kedalaman pemotongan , mm

d₁ = Diameter awal benda kerja, mm

d₂ = Diameter akhir benda kerja, mm

F.    Hantaran dalam Proses Pemotongan Logam

        Dalam menentukan hantaran pemotongan dilakukan berdasarkan jenis proses yang dilakukan, baik itu proses penghalusan atau pengasaran permukaan. Pada proses pengasaran, hantaran dipilih sebesar mungkin dan yang menjadi permasalahan adalah perbandingan kerampingan geram serta gaya pemotongan. Pada proses penghalusan atau finishing, gerakan potong bersama-sama dengan sudut mata pahat menentukan tingkat kehalusan permukaan benda kerja yang dihasilkan.

Penggantian hantaran pemotongan memiliki pengaruh yang lebih besar dibandingkan kedalaman pemotongan terhadap umur pahat. Adapun faktor-faktor yang memberi pengaruh penurunan hantaran pemotongan yaitu : penggunaan kecepatan pemotongan yang tinggi, kekerasan benda kerja yang lebih tinggi, media pendinginan, ke ausan mata pahat dan penurunan kekakuan benda kerja maupun mesin perkakas.

Pemilihan nilai hantaran pemotong dapat ditentukan dari katalog jenis mata pahat yang digunakan. Sedangkan kecepatan hantaran pemotongan dapat diketahui melalui persamaan berikut :

                           Vf = f . n                           

Dimana :

V_f  = Kecepatan hantaran pemotongan, mm/menit

f     = Gerak hantaran pemotongan, mm/putaran

n    = Putaran poros utama (spindel), rpm

G.       Kecepatan Pemotongan dalam Proses Pemotongan Logam

       

Kecepatan pemotongan, Vc ditetapkan sebagai laju linear maksimum yang terjadi antara mata pahat dan benda kerja. Kecepatan pemotongan dinyatakan sebagai :

                  

                                

Dimana :

Vc = Kecepatan pemotongan, m/menit

D = Diameter benda kerja, mm

N = Putaran poros utama (spindle), rpm

H.       Faktor Penentu Pemilih Kecepatan Pemotongan Logam

Faktor yang menentukan dalam pemilihan kecepaatan pemotongan yaitu (Chandiramani, 1975).

Ø  Jenis benda kerja yang digunakan, misalnya baja lunak, aluminium, kuningan dan lain-lain Benda kerja yang lebih keras dari bahan yang disebutkan diatas memerlukan kecepatan pemotongan yang lebih rendah.

Ø  Bahan mata pahat yang digunakan, misalnya baja karbon, karbida berlapis, keramik dan lain-lain. Mata pahat yang terbuat dari karbida berlapis memerlukan kecepatan pemotongan yang lebih tinggi.

Ø  Kedalaman pemotongan yang akan dikerjakan

Ø  Kekakuan mesin dan pemegang benda kerja

I.     Faktor yang Menentukan Putaran Poros Utama (Spindle)

Setelah nilai kedalaman pemotongan, hantaran pemotongan dan kecepatan.

pemotongan diketahui maka selanjutnya adalah menentukan putaran poros utama (spindle). Pertimbangan yang dilakukan dalam menentukan putaran poros utama dilakukan berdasarkan faktor-faktor  berikut :

Ø  Bahan benda kerja

Putaran poros utama yang tinggi digunakan untuk membubut bahan benda kerja yang lembut seperti kuningan, aluminium, dan tembaga. Sedangkan putaran yang rendah digunakan untuk membubut bahan yang keras seperti besi tuang dan baja berkarbon tinggi.

Ø  Jenis bahan mata pahat yang digunakan

Putaran poros utama yang tinggi digunakan untuk bahan mata pahat yang lebih keras seperti karbid yang memiliki kekerasan pemotongan 3 atau 4 kali dari baja.

Ø  Hantaran pemotongan dan kedalaman potong

Jika hantaran pemotongan dan kedalaman pemotongan besar, putaran poros utama harus dikurangkan agar beban yang terjadi pada mata pahat dan mesin menjadi berkurang.

Ø  Jenis-jenis operasi yang dilakukan.

Putaran poros utama dibatasi ½ atau 1/3 dari kecepatan biasa untuk melakukan operasi-operasi seperti mengulir, pemotongan, dan membubut miring.

Ø  Kondisi mesin yang digunakan

Mesin-mesin yang lama tidak begitu kokoh lagi oleh sebab itu putaran poros utama yang digunakan harus dikurangkan sedikit.