MANUFAKTUR IIDasar-dasar pemesinan (machining)Gerinda dan proses abrasif lainnyaSpesifikasi geometriLasFundamentals of Modern Manufacturing, by GrooverSpesifikasi geometri dan kontrol kualitas by Taufiq rochim

Operasi pemesinan dan mesin perkakas (machine tools)Diantara begitu banyak proses manufaktur, pemesinan paling berguna dan akurat dalam kapasitasnya menghasilkan produk dengan berbagai bentuk dan ukuran, misalnya mampu membuat ulir, roda gigi dan bidang rata. Pengecoran juga mampu menghasilkan produk dengan bentuk bervariasi, tetapi tidak seakurat dan setepat pemesinan.

Komponen mesin dapat dikelompokan ke dalam dua bagian, yaitu yang akan bergerak berputar (rotational) dan tidak berputar (non rotational).Komponen berputar memiliki bentuk silindrik atau seperti piring (disk-like). Karakteristik proses yang menghasikan bentuk silindrik ini adalah pahat memotong benda kerja yang berputar, misalnya proses bubut (turning), proses mengebor (boring). Menggurdi (drilling) adalah salah satu proses yang mirip dengan proses bubut, kecuali yang dibentuk adalah silinder dalam dengan cara memutar pahat.non rotational (juga disebut prismatik) adalah komponen seperti balok atau plat, sebagaimana ditunjukan pada Gambar 25.38Operasi pemesinan dan mesin perkakas (lanjutan)

OPERASI PEMBUBUTANKondisi pemotongan proses bubut.

Dimana:N = Putaran spindel [put/menit]v = Kecepatan potong [m/menit]Do= Diameter awal benda kerja [mm]

Turning adalah proses pemesinan dimana digunakan pahat bermata potong tunggal untuk memotong material dipermukaan benda yang diputar. Pahat diumpankan secara linier sejajar dengan sumbu putaran.N=v/Do

Operasi pembubutan silinder luar (turning) tujuannya adalah untuk memperkecil diameter dari Do menjadi Df . Perubahan diameter ditentukan oleh besarnya kedalaman potongDimana:d = kedalaman potong (depth of cut) [mm]Do = Diameter awal [mm]Df = Diameter akhir [mm]

Dimana:fr = kecepatan makan (feed-rate) [mm/menit]N = putaran spindel (poros utama) [put/menit]f = gerak makan atau umpan (feed) [mm/putaran]Do Df = 2 dfr = N fOPERASI PEMBUBUTAN (lanjutan)

OPERASI PEMBUBUTAN (lanjutan)Dimana:Tm = waktu pemotongan sesungguhnya (waktu produktif:terjadi geram) [menit]L = panjang pemesinan [mm]fr = kecepatan makan [mm/menit]

Dimana:MRR= laju pembentukan geram (material removal rate) [mm3/menit]v = kecepatan potong [m/menit]d = kedalaman potong [mm]

Tm = L / frMRR = v f d

Jenis pemotongan dengan mesin bubut.Meratakan permukaanMembuat konisMembuat konturMembentuk profilPemenggalanPemotongan, putusMembuat ulir luarMemperbesar diameter, borMenggurdi, membuat luabangMembuat pola tekstur, ini bukan proses pemotongan

Mesin Bubut (Engine lathe)

Cara memegang benda kerja pada mesin bubut.

Mesin bubut turret pengoperasiannya manual. Tidak memiliki tail stock (kepala gerak) karena tempatnya dipasang turret yang dapat memegang sampai 6 pahat. Pahat ini dengan cepat dapat didekatkan ke benda kerja untuk memotongnya, secara bergantian, dilakukan dengan memutar turret (indexing the turret: penggeseran sejauh sudut tertentu, tidak sampai satu putaran penuh). Penggantian pahat yang bisa cepat, maka mesin ini digunakan untuk produksi masal.Jenis mesin bubutToolroom latheSpeed latheTurret latheChucking machineAutomatic screw machineNumerically controlled latheUkuran relatif lebih kecil dari mesin bubut, dilengkapi dengan rentang pengaturan putaran dan gerak makan yang cukup lebar.Konstruksinya sederhana, tidak memiliki carriage dan cross slide (kereta dan eretan melintang) jadi juga tidak memiliki lead screw (poros ulir). Pahat digerakan dengan tangan. Contoh: membubut kayu, metal spinning (pembentukan, def. plastis) dan pemolesan.

A bar machine mirip dengan mesin no 4 kecuali pemegang benda kerjanya menggunakan collet, dengan demikian memungkinkan memegang benda kerja yang cukup panjang, yang secara berkala dimajukan setiap akan dibuat produk yg baru. Memajukan benda kerja, memutar turret (utk mengganti pahat) dan gerak makan diatur otomatis. Sering disebut mesin automatic bar machine karena memiliki tingkat otomasi yang tinggi. Contoh produknya baut dan part-part yang kecil. Mesin pembuat baut ini sering juga disebut automatic screw machine.Seperti namanya mesin bubut tipe ini memegang benda kerjanya dengan chuck di spindelnya. Tidak memiliki tail stock jadi benda kerja tidak bisa dipasang diantara dua center. Mesin ini pendek (sumbu mesin tidak panjang), dan hanya untuk benda kerja yang ringan. Mirip dengan mesin bubut turret bedanya adalah otomasi gerak makannya. Fungsi operator adalah untuk memasang dan melepas benda kerja.Chucking machineAutomatic screw machineNumerically controlled latheMesin bubut no.4 dan 5 menggunakan pengontrol konvensional seperti cam (poros bubungan), dan peralatan mekanik yang lain. Pengontrol yg modern adalah Computer Numerical Control, CNC (pengontrolan berdasarkan data numerik). Gerakan pahat atas dasar instruksi program. Mesin CNC lebih canggih dari pengontrol mekanik. Dengan pengontrol CNC, mesin perkakas lebih mampu melaksanakan siklus pemesinan dan membuat geometri produk yg rumit.

Multiple spindle bar machineSpindel dan pahatnya banyak. Contoh disamping ada 6 spindel dengan 5 pahat ditambah satu stopper (b), ke 5 Pahat memotong secara simultan. Pada setiap akhir siklus spindel (dng collet dan benda kerja) berputar (indexing)Mesin ini produktivitas tinggi.

Boring Mill (mesin bor)Boring serupa dengan membubut luar. Menggunakan pahat bermata potong tunggal utk memotong benda kerja yang berputar. Perbedaannya adalah bahwa proses boring (meluas; memperbesar diameter) pada bagian dalam lubang yang telah ada. Mesinnya sering disebut boring machine atau boring mill. Mesin bubut biasa bisa juga dipakai melakukan proses boring. Ada dua set up mesin bor, lihat ganbar di bawah. Pada gambar (a) boring bar harus cukup kaku guna menghindari defleksi dan chatter (lendutan dan getaran)

Boring bar terbuat dari karbida yang disemen (cemented carbide), mampu menaikan kekakuan karena modulus elastisitasnya cukup tinggi yaitu 620 x 103 MPaPahat sisipan dengan 4 sisi mata potong, terbuat dari karbida yg disemen jugaPenjepit sekaligus pematah geram

Mesin bor tipe vertikalCocok untuk benda kerja yang besar, berat dan diameternya besar juga. Biasanya diameter lebih besar dari pada panjang benda. Benda kerja berputar sementara itu pahat melakukan gerakan pemotongan, bisa vertikal maupun horizontal.

MESIN GURDI DAN JENIS PEKERJAAN YANG DAPAT DILAKUKAN Menggurdi (drilling) adalah proses pemotongan untuk membuat lubang pada benda kerja. Berbeda dengan proses mengebor yang hanya mampu memperbesar diameter lubang. Penggurdian biasanya dilakukan dengan pahat silindrik yang berputar yang memiliki dua sisi mata potong di ujungnya. Perkakas potong ini disebut drill atau drill bit. Prosesnya dilakukan pada mesin gurdi (drill press), walaupun dengan mesin lain juga bisa dilakukan penggurdian.

Bentuk standar twist - drill

Kondisi pemotonganN = v/D

fr = N f

Tm = (t + A)/ fr

Untuk lubang buntu:Tm = d/ fr

A = 0.5 D tan (90 /2)MRR = ( D2 fr)/4buntu

Dimana:N : putaran spindel [put/menit] v : kecepatan potong (pada bagian luar diameter)[m/menit]D : diameter pahat gurdi [mm]fr : kecepatan makan [mm/menit]f : gerak makan [mm/putaran]Tm: waktu pemesinan [menit] t : tebal benda kerja [mm]A : panjang pengawalan [mm]d : panjang lubang [mm]MRR : laju pembentukan geram [mm3/menit]

Notasi:

Berbagai proses pemotongan dengan mesin gurdi:

Jenis mesin gurdiTipe lantai (upright drill,gb samping)Tipe bangku (bench drill)Tipe radial (radial drill)Gang drill (serangkaian mesin gurdi)Numerical control drill press.

Mesin gurdi radial: cocok untuk benda kerja yang besar dan berat. Pahat gurdi bisa diarahkan ke berbagai posisi, dengan cara memutarnya thdp berbagai sumbu putar, atau menggeser sepanjang lengannya.Mesin gurdi radial:

MENGEFREIS (MILLING) Mengefreis adalah operasi pemesinan dimana benda kerja diumpankan ke pahat silindrik bermata potong jamak yang berputar. Sumbu putar pahat tegak lurus arah gerak makan benda kerja. Pahat freis demikian disebut: memiliki sejumlah gigi. Mesin perkakasnya disebut mesin freis (milling machine). Bentuk permukaan terpotong biasanya berupa bidang rata. Tetapi bisa juga membuat bentuk lain dengan cara mengatur lintasan pahat atau memakai pahat dengan bentuk tertentu. Dengan demikian variasi bentuk produk sangat dimungkinkan. Mesin ini paling banyak digunakan dalam operasi pemesinan.Mengefreis adalah pemotongan interrupted, menyebabkan dalam satu putaran pahat setiap giginya selalu menerima gaya potong maupun temperatur pemotongan yang berubah-ubah. Oleh karena itu material dan geometri pahat harus dipilih sedemikian rupa sehingga mampu mengatasi kondisi tersebut.

Cara mengefreisMengefreis datar (mengefreis selubung; peripheral milling)

Mengefreis tegak (mengefreis muka; face milling).

Beberapa contoh mengefreis selubungMengefreis datar: sumbu pahat selalu // bidang terpotong.

Ada dua cara mengefreis datarMengefreis naik (up milling; conventional milling)Mengefreis turun (down milling; climb milling)

Perbandingan up dan down millingUp millingArah putaran pahat berlawanan dengan gerak makan, pada saat pahat mulai memotongAwal memotong dng geram yang tipis berangsur menebal s.d pahat keluar dari benda kerjaGeram lebih panjangUmur pahat relatif pendek, karena lebih lama menggesek benda kerjaPahat cenderung mengangkat benda kerja saat keluar dari benda kerjaDown millingArah putaran pahat searah dengan gerak makan, pada saat pahat mulai memotongAwal memotong dng geram yang tebal berangsur menipis s.d pahat keluar dari benda kerjaGeram lebih pendekUmur pahat relatif panjang, karena lebih singkat menggesek benda kerjaPahat cenderung menekan benda kerja ke meja mesin, bisa menimbulkan getaran. Digunakan back lash compensator untuk menghindarinya.

Mengefreis tegakMengefreis tegak: sumbu pahat bidang terpotong.Conventional face millingPartial face millingEnd millingProfile millingPocket millingSurface contouring

Kondisi pemotongan dalam proses freisN = v / D fr = N nt fMRR = w d frfreis selubung:

A = d(D d) Tm = (L + A)/ fr

freis muka:

A = O = D/2 (gb. 25.20 a) A = O = w(D w)(gb.25.21.b)Tm = (L + 2A)/ fr

N : putaran spindel [rpm]v : kecepatan potong [m/menit]D : diameter pahat [mm]fr : kecepatan makan [mm/menit]nt : jumlah gigi [buah]f : gerak makan/ gigi [mm/gigi]MRR: laju pembentukan geram [cm3/menit]d : kedalaman potong [mm]w : lebar pemotongan [mm]A : langkah pengawalan [mm]O : langkah pengakhiran [mm]Tm: waktu pemotongan esungguhnya [menit]

A : langkah pengawalan [mm]O : langkah pengakhiran [mm]

Berbagai tipe mesin freisKlasifikasi mesin freis menurut orientasi sumbu spindel (poros utama)Mesin freis vertikal .sumbu spindel vertikalMesin freis horizontal. sumbu spindel horizontalKlasifikasi lainnya:Knee and columnBed typePlaner typeTracer millsCNC milling machine

1.Tipe lutut dan kolom (knee and column)Arbor adalah poros untuk memegang dan memutar pahat. Pengaturan posisi pahat dengan ring (cincin/bushing)

2. Tipe meja simplex dengan spindel horizontalDikatakan tipe Simplex karena hanya memiliki satu spindel. Duplex jika memiliki dua spindel dan Triplex jika memiliki tiga spindel. Dirancang untuk kapasitas produksi tinggiStruktur mesin yang kokoh, sehingga mampu memotong dengan kondisi pemotongan yang berat.

4.Tracer mills

Disebut juga profiling mill, untuk mereproduksi bentuk2 produk yang tidak teratur, dengan cara pahat digerakan mengikuti pola (template) yang telah disiapkan. Contoh produk: mold dan dieFungsi mereproduksi tersebut saat ini telah digantikan mesin CNC.

5. CNC milling Adalah mesin dimana pengontrolan gerak pahat dikontrol berdasarkan data, tidak sebagaimana pada tracer mill yang menggunakan template.Sangat bagus untuk memotong bentuk-bentuk yang rumit (tidak teratur) seperti profil, pocket, permukaan yang berlekak lekuk dan die sinking (melekuk ke dalam). Sumbu sumbu mesin ini (gerakan pahat) dikontrol secara simultan sesuai dengan lintasan pahat yang diprogramkan. Operator melakukan penggantian pahat maupun memasang dan melepas benda kerja.

MACHINING CENTERS DAN TURNING CENTERSMachining center adalah mesin perkakas dengan tingkat otomasi yang tinggi, mampu melakukan berbagai operasi pemotongan dalam satu set up, dengan kendali CNC dan sangat sedikit memerlukan perhatian operator.Dengan tipikal tersebut di atas, mesin umumnya menggunakan pahat yang berputar seperti pahat freis dan gurdi.

Fitur machining center yang membuat produktifitasnya tinggi:Automatic tool-changing:Untuk melakukan satu operasi pemesinan ke yang lain perlu penggantian pahat. Penggantian/ penukaran pahat dari spindel ke drum dan sebaliknya dilakukan dengan mudah oleh automatic tool-changer. Kapasitas penyimpanan drum umumnya berkisar antara 16 hingga 80 pahat.Pallet shuttles:Beberapa machining center dilengkapi dengan dua atau lebih pallet, dengan demikian ada benda kerja sedang dipasang atau dilepas, sementara itu mesin tetap menjalankan proses pemotongan benda kerja yang lain. Dengan pallet ini bisa dikurangi waktu nonproduktif.Automatic work-part positioningMachining center memiliki lebih dari tiga sumbu. Salah satu sumbu tambahan adalah sumbu putar meja mesin yang memungkinkan pemosisian benda kerja pada sudut tertentu relatif terhadap spindel. Meja mesin yang dapat diputar akan memungkinkan pahat melakukan pemotongan pada empat sisi benda kerja, dalam sekali set up.

Sebuah machining center dng lima sumbupalletDrum Automatic tool changer

CNC TURNING CENTER 4 AXIS

KEMAMPUAN CNC TURNING CENTER YANG CANGGIHMampu mengukur dimensi benda kerja, setelah pemesinan (work part gaging)Memiliki sensor pendeteksi umur pahat (tool monitoring)Otomasi penukar pahat, jika telah aus (ATC when tools become worn)Otomasi penggantian benda kerja (automatic work part changing)

Benda kerja dengan fitur silindrik dan bidang rata serta lubang tegak lurus sumbu benda mampu dipotong hanya dengan satu mesin mill-turnCNC MIL-TURNAdalah turning center yang dilengkapi dengan kemampuan memosisikan benda kerja (silindrik) pada sudut tertentu, sehingga pahat yang berputar (seperti pada mesin freis) dapat melakukan pemesinan di bagian luar benda kerja. Seperti gambar di bawah.

OPERASI PEMESINAN LAINNYABeberapa operasi mesin perkakas yg akan dibahas berikut ini adalah:Mesin sekrap dan planer/skrap meja (shaper and planer)Mesin pemarut (broaching)Gergaji (sawing)Mesin sekrap dan planer/skrap meja (shaper and planer),serupa.

shaperPahat bergerak translasi maju (vm) dan balik mundur (vr).vm/ vr 1, karena vr lebih besar dari pada vm. Tujuannya untuk memperkecil waktu nonproduktif.

Open side planerUntuk benda kerja yang besar.Ada dua tipe mesin:Single column planer (open side plener)Double column planer

Bentuk produk yang bisa dilakukan dengan shaper dan planer

MESIN PEMARUT (BROACHING)

a)Terminologi geometri gigi pemarut b) contoh perkakas pemarut utk internal

Contoh produk hasil mesin pemarut (broaching)

Mesin broaching tipe vertikal, yang memiliki panjang langkah sampai dengan 600 mm

Tiga jenis mesin gergaji:Power hacksawBand saw verticalCircular saw

sekian