BAB II

MESIN BUBUT DAN PROSES PEMBUBUTAN

(MACHINE AND PROCESS LATHING)

BAB II

MESIN BUBUT DAN PROSES PEMBUBUTAN

(MACHINE AND PROCESS LATHING)

1. Mesin Bubut

• Mesin bubut termasuk mesin perkakas dengan gerakan utama berputar dan digunakan untuk merubah permukaan-permukaan sesuai dengan bentuk-bentuk yang diinginkan.

Gambar skematis Mesin Bubut dan nama bagian-bagiannnya

Menentukan panjang dan tinggi m/c bubut

• Chuck/cekam

• Collet/Kolet

• Alat pembawa

Perlengkapan mesin bubut

• Penyangga

• Center

• Taper Attachment (Kelengkapan tirus)

Chuck/Cekam

• Cekam adalah sebuah alat yang digunakan untuk menjepit benda kerja.

• Jenisnya ada yang berahang tiga sepusat (Self centering Chuck), dan ada juga yang berahang tiga dan empat tidak sepusat (Independenc Chuck).

• Cekam rahang tiga sepusat, digunakan untuk benda-benda silindris, dimana gerakan rahang bersama-sama pada saat dikencangkan atau dibuka.

• Sedangkan gerakan untuk rahang tiga dan empat tidak sepusat, setiap rahang dapat bergerak sendiri tanpa diikuti oleh rahang yang lain, maka jenis ini biasanya untuk mencekam benda-benda yang tidak silindris atau digunakan pada saat pembubutan eksentrik

• Kolet digunakan untuk menjepit benda silindris yang sudah halus dan biasanya berdiameter kecil.Bentuknya bulat panjang dengan leher tirus dan berlubang, ujungnya berulir dan kepalanya dibelah menjadi tiga.

• Kolet mempunyai ukuran yang ditunjukkan pada bagian mukanya yang menyatakan besarnya diameter benda yang dapat dicekam. Misalnya kolet berukuran 8 mm, berarti kolet ini dipergunakan untuk menjepit benda kerja berukuran 8 mm. ∅Pemasangan kolet adalah pada kepala tetap dan dibantu dengan kelengkapan untuk menarik kolet tersebut. Karena kolet berbentuk tirus, alat penariknyapun berbentuk lubang tirus, dengan memutar ke kanan uliran batangnya.

Kolet (Collet)

• Yang termasuk alat pembawa pada mesin bubut adalah, pelat pembawa dan pembawa (lathe doc).

• Plat pembawa ini berbentuk bulat pipih digunakan untuk memutar pembawa sehingga benda kerja yang terpasang padanya akan ikut berputar dengan poros mesin, permukaannya ada yang beralur dan ada yang berlubang.

Alat Pembawa

Lanjutan...

Penyangga

• Penyangga ada dua macam yaitu penyangga tetap (steady rest), dan penyang jalan (follower rest). Penyangga ini digunakan untuk membubut benda-benda yang panjang, karena benda kerja yang panjang apabila tidak dibantu penyangga maka hasil pembubutan akan menjadi berpenampang elip/oval, tidak silindris dan tidak rata.

Senter• Senter terbuat dari baja yang dikeraskan dan digunakan untuk

mendukung benda kerja yang akan dibubut. • Ada dua jenis senter yaitu senter mati (tetap) dan senter putar.• Pada umumnya senter putar pemasangannya pada ujung kepala

lepas dan senter tetap pemasangannya pada sumbu utama mesin (main spindle).

• Bagian senter yang mendukung benda kerja mempunyai sudut 60°, dan dinamakan senter putar karena pada saat benda kerjanya berputar senternyapun ikut berputar.

• Berlainan dengan senter mati (tetap) untuk penggunaan pembubutan dantara dua senter, benda tersebut hanya ikut berputar bersama mesin namun ujungnya tidak terjadi gesekan dengan ujung benda kerja yang sudah diberi lubang senter.

• Walaupun tidak terjadi gesekan sebaiknya sebelum digunakan, ujung senter dan lubang senter pada benda kerja diberi greace/gemuk atau pelumas sejenis lainnya.

Taper Attachment (Kelengkapan tirus)

• Alat ini digunakan untuk membubut tirus. Selain menggunakan alat ini membubut tirus juga dapat dilakukan dengan cara menggeser kedudukan kepala lepas ataupun eretan atas.

2. Proses Bubut

• Proses bubut adalah proses pemesinan untuk menghasilkan bagian-bagian mesin berbentuk silindris yang dikerjakan dengan menggunakan Mesin Bubut.– Dengan benda kerja yang berputar– Dengan satu pahat bermata potong tunggal (with a

single-point cutting tool)– Dengan gerakan pahat sejajar terhadap sumbu benda

kerja pada jarak tertentu sehingga akan membuang permukaan luar benda kerja.

Proses pada mesin bubut

• Tiga parameter utama pada setiap proses bubut adalah – kecepatan putar spindel (speed) Rpm– gerak makan (feed) dan m/putaran– kedalaman potong (depth of cut). mm

• Faktor yang lain seperti bahan benda kerja dan jenis pahat sebenarnya juga memiliki pengaruh yang cukup besar, tetapi tiga parameter di atas adalah bagian yang bisa diatur oleh operator langsung pada mesin bubut

A. Parameter yang dapat diatur pada m/c bubut

Kecepatan putar, n (speed)

• Selalu dihubungkan dengan spindel (sumbu utama) dan benda kerja.

• Karena kecepatan putar diekspresikan sebagai putaran per menit (revolutions per minute (rpm)), hal ini menggambarkan kecepatan putarannya.

• Akan tetapi yang diutamakan dalam proses bubut adalah kecepatan potong (Cutting speed atau vc) atau kecepatan benda kerja dilalui oleh pahat/ keliling benda kerja.

• Secara sederhana kecepatan potong dapat digambarkan sebagai keliling benda kerja dikalikan dengan kecepatan putar atau :

1000

dnv

Dimana : v = kecepatan potong; m/menitd = diameter benda kerja ;mmn = putaran benda kerja; putaran/menit

Lanjutan...

• Dengan demikian kecepatan potong ditentukan oleh diameter benda kerja.

• Selain kecepatan potong ditentukan oleh diameter benda kerja faktor bahan benda kerja dan bahan pahat sangat menentukan harga kecepatan potong.

• Pada dasarnya pada waktu proses bubut kecepatan potong ditentukan berdasarkan bahan benda kerja dan pahat.

• Harga kecepatan potong sudah tertentu, misalnya untuk benda kerja Mild Steel dengan pahat dari HSS, kecepatan potongnya antara 20 sampai 30 m/menit.

Lanjutan...

Tabel kecepatan potong proses bubut rata dan proses ulir untuk pahat HSS

Gerak makan, f (feed)

• Adalah jarak yang ditempuh oleh pahat setiap benda kerja berputar sa.tu kali.

• sehingga satuan f adalah mm/putaran.

• Gerak makan ditentukan berdasarkan kekuatan mesin, material benda kerja, material pahat, bentuk pahat, dan terutama kehalusan permukaan yang diinginkan.

Kedalaman potong a (depth of cut)

• Adalah tebal bagian benda kerja yang dibuang dari benda kerja, atau jarak antara permukaan yang dipotong terhadap permukaan yang belum terpotong sehingga satuan f adalah mm/putaran.

• Gerak makan ditentukan berdasarkan kekuatan mesin, material benda kerja, material pahat, bentuk pahat, dan terutama kehalusan permukaan yang diinginkan.

f

a

f

a

Dimana : f = Gerakan makan; mm/putarana = Kedalaman potong

Geometri Pahat Bubut

• Geometri/bentuk pahat bubut terutama tergantung pada material benda kerja dan material pahat.

• Untuk pahat bubut bermata potong tunggal, sudut pahat yang paling pokok adalah sudut beram (rake angle), sudut bebas (clearance angle), dan sudut sisi potong (cutting edge angle).

• Sudut-sudut pahat HSS dibentuk dengan cara diasah menggunakan mesin gerinda pahat (Tool Grinder Machine).

• Selain geometri pahat tersebut pahat bubut bisa juga diidentifikasikan berdasarkan letak sisi potong (cutting edge) yaitu pahat tangan kanan (Right- hand tools) dan pahat tangan kiri (Left-hand tools),

B ( Tebal)

KIC

Plane strainPlane stress

O

Kc

Geometri Pahat Bubut HSS (pahat diasah dengan mesin gerinda pahat)

Geometri Pahat Bubut sisipan (insert)

Pahat rata kanan dan rata kiri

Lanjutan...

• Pahat bubut apabila digunakan untuk proses membubut biasanya dipasang pada pemegang pahat (Tool holder).

• Jika pahat HSS pendek maka harus dipasang pada pemegang pahat dengan ujung pahat diusahakan sependek mungkin agar tdk terjadi getaran waktu digunakan.

• Untuk pahat yang berbentuk sisipan/inserts, pahat tersebut dipasang pada tempat pahat yang sesuai.

Lanjutan...

• Bentuk dan pengkodean pahat sisipan serta pemegang pahatnya sudah distandarkan oleh ISO.

• Standar ISO untuk pahat sisipan dapat dilihat pada Gambar berikut.

• Sedangkan pengkodean pemegang pahat dapat dilihat pada Lampiran.

Perencanaan dan perhitungan proses bubut

Komponen yg ada pada Benda Kerjado = diameter mula ; mm

dm = diameter akhir; mm

lt = panjang pemotongan; mm

Komponen yg ada pada pahatχr = sudut potong utama/sudut masuk

Komponen yg ada pada m/c bubuta = kedalaman potong, mmf = gerak makan; mm/putarann = putaran poros utama; putaran/menit

(Rpm)

• Jika benda kerja dengan garis tengah d1 membuat 1 putaran tiap menit, maka panjang tatal (beram) yg terpotong (tersayat) dalam 1 menit adalah d ˣ π = keliling

• Jika benda kerja berputar lebih dari 1 putaran tiap menit, maka panjang tatal (beram) yg terpotong (tersayat) dalam 1 menit adalah d ˣ π ˣ n

Elemen dasar proses bubut dapat dihitung/ dianalisa dengan menggunakan rumus-rumus

Makin besar garis tengah (diameter) benda kerja maka makin panjanglah perbandingan tatal yg terbentuk.

Kecepatan potong Vc dipengaruhi langsung oleh besarnya garis tengah benda kerja dan banyak nya putaran tiap menit (rpm)

• fn = pemakanan ; mm• n = Putaran poros utama; rpm• ap = kedalaman pemotongan ; mm

Kecepatan potong (Vc, Cs, V)

min/m1000

n.d.vc

• d = diameter rata-rata benda kerja {(d0 + dm / 2)} ;mm• n = Putaran poros utama; rpm• π = 3,14• 1000 = konversi satuan dari meter ke milimeter

• Umumnya cutting speed telah diketahui berdasar penelitian yg telah ditetapkan dalam tabel berdasarkan jenis material yg dikerjakan dan jenis pahatnya. Sehingga yg perlu dicari adalah putarannya (n).

`

Contoh :Benda kerja ST 37 dgn diameter 40mm,

akan dibubut menjadi 30 mm dgn pahat HSS rata kanan. Hitunglah Rpm motornya..?

• tc = Lama waktu pemotongan ; menit• lt = panjang benda kerja yang dipotong ; mm• n = Putaran benda kerja ; rpm• f = pemakanan ; mm

Lama waktu pemotongan (tc)

• Kecepatan makan (feeding speed) ; mm/min

Vf = f.n

• Waktu pemotongan (cutting time) ; min

tc = lt / Vf

Namun untuk benda berbentuk tirus, panjang benda kerja dihitung dengan rumus berikut.

Dm1 = diameter terbesar, Dm2 = diameter terkecil, semua satuan dalam mm

High speed steel (HSS)Carbon steelCemented carbide (vidia)CeramicsDiamond (intan) bisakah digunakan untuk

memotong baja???

Pertimbangan memilih pahat: material benda kerja, harga dan keawetan pahat.

Material pahat

Material pahat

Pahat yang baik harus memiliki sifat-sifat tertentu, sehingga nantinya dapat menghasilkan produk yang berkualitas baik (ukuran tepat) dan ekonomis (waktu yang diperlukan pendek).

Kekerasan dan kekuatan dari pahat harus tetap ada pada temperatur tinggi, sifat ini dinamakan Hot Hardness.

Ketangguhan (Toughness) dari pahat diperlukan, sehingga pahat tidak akan pecah atau retak terutama pada saat melakukan pemotongan dengan beban kejut.

Ketahanan aus sangat dibutuhkan yaitu ketahanan pahat melakukan pemotongan tanpa terjadi keausan yang cepat.

Penentuan material pahat didasarkan pada jenis material benda kerja dan kondisi pemotongan (pengasaran, adanya beban kejut, penghalusan).

Material pahat yang ada ialah baja karbon sampai dengan keramik dan intan.

Sifat Hot Hardness dari beberapa material pahat ditunjukkan pada Gambar 2.13 .

(a) Kekerasan dari beberapa macam material pahat sebagi fungsi dari temperatur, (b) jangkauan sifat material pahat

Material pahat dari baja karbon (baja dengan kandungan karbon 1,05%) pada saat ini sudah jarang digunakan untuk proses pemesinan, karena bahan ini tidak tahan panas (melunak pada suhu 300- 500 F). Baja karbon ini sekarang hanya digunakan untuk kikir, bilah gergaji, dan pahat tangan.

Material pahat dari HSS (High Speed Steel) dapat dipilih jenis M atau T. Jenis M berarti pahat HSS yang mengandung unsur Molibdenum, dan jenis T berarti pahat HSS yang mengandung unsur Tungsten.

Jenis Pahat HSS

Jenis HSS Standart AISI

HSS Konvensional

Molibdenum HSS M1, M2, M7, M10

Tungsten HSS T1, T2

HSS Spesial

Cobald added HSS M33, M36, T4, T5, T6

High Vanadium HSS M3-1, M3-2, M4, T15

High Hardness Co HSS M41, M42, M43, M44, M45, M46

Cast HSS

Powdered HSS

Coated HSS

Pahat Carbida

Pahat dari karbida dibagi dalam dua kelompok tergantung penggunaannya.

Bila digunakan untuk benda kerja besi tuang yang tidak liat dinamakan cast iron cutting grade . Pahat jenis ini diberi kode huruf K (atau C1 sampai C4) dan kode warna merah.

Apabila digunakan untuk menyayat baja yang liat dinamakan steel cutting grade. Pahat jenis ini diberi kode huruf P ( C5 sampai C8) dan kode warna biru.

Selain kedua jenis tersebut ada pahat karbida yang diberi kode huruf M, dan kode warna kuning. Pahat karbida ini digunakan untuk menyayat berbagai jenis baja, besi tuang dan non ferro yang mempunyai sifat ketermesinan yang baik.

Contoh penggolongan pahat jenis karbida dan penggunaannya

BUE: Build Up Edge

Built Up Edge terjadi karena material benda kerja menyatu dengan mata pahat.

BUE sangat dinamis, sangat tergantung pada kecepatan potong.

Yang mempengaruhi umur pahat (berdasarkan rumus Taylor)Terutama oleh kecepatan potong.Sehingga

untuk setiap kombinasi pahat dan benda kerja ada suatu kecepatan potong moderat sehingga umur pahat jadi lebih lama (misal: pahat HSS dengan material baja, kecepatan potong moderat sekitar 20 m/min).

Material yang dipakai (factor n).Gerak makan (f) dan kedalaman makan (a).

Berikut macam-macam keausan pahat berdasarkan tempa terjadinya :Keausan kawah (crater wear)

Terjadi pada bidang geram.Keausan tepi (flank wear)

Terjadi pada mata potong utamaKeausan ujung

Disebabkan karena kedalaman makan yang berlebihan.

Berikut Penyebab kausan pada pahat secara Umum :

a. Proses Abrasif Adanya partikel yang keras pada benda kerja

yang menggesek bersama aliran material benda kerja pada bidang geram dan bidang utama pahat.

Penyebab keausan pahat dan tepi Pada pahat HSS, proses abrasif dominan pada

kecepatan potong rendah (10-20 m/min) Pada pahat karbida, proses abrasif tidak dominan

karena pahat karbida yang sangat keras

b. Proses KimiaBenda kerja yang baru saja terpotong

sangat kimiawi aktif sehingga memudahkan reaksi yang mengakibatkan derajat penyatuan (afinitas) berkurang pada bidang geram pahat

Hal diatas menjadi penyebab terjadinya keausan kawah pada bidang geram

c. Proses AdhesiPada tekanan dan temperatur yang cukup tinggi,

terjadi penempelan material benda kerja pada bidang geram dikenal dengan BUE (built-up edge). BUE adalah timbulnya mata potong yang baru.

BUE sangat dinamis, sangat tergantung pada kecepatan potong.

Proses pertumbuhan dan pengelupasan BUE secara periodik memperpendek umur pahat.

BUE yang stabil akan memperpanjang umur pahat.

d. Proses DifusiPerpindahan atom metal dari daerah

konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah karena material pengikat melamah pada temperatur yang tinggi.

Pada HSS , atom Fe dan C terdifusi sehingga Fe3C terkelupas

Pada pahat karbida Co sebagai pengikat karbida terdifusi

Penyebab keausahan kawah

e. Proses Oksidasi Karena temperatur tinggi maka karbida akan

teroksidasi (bereaksi dengan oksigen) sehingga struktur pahat melemah dan tidak tahan akibat deformasi akibat gaya potong.

Pertimbangan pemilihan material harga, kekuatan, tahan aus, kemampuan untuk dimesin/machinability.

Machinability yang bagus:Menghasilkan kualitas permukaan yang halusMembuat umur pahat lama. Membutuhkan gaya potong yang kecil. Tatal/chips mudah di kumpulkan

Material benda kerja

Cacat paling banyak dalam mesin bubut adalah inaccuracies/tidak akurat pada dimensi atau kekasaran permukaannya. Penyebabnya adalah:

1. Parameter pemotongan yang tidak tepat: cutting speed/kecepatan potong, feed rate/kecepatan pemakanan, depth of cut/kedalaman potong.

2. Pahat yang tumpul, karena keausan. 3. Benda kerja tidak terpasang/diklem dengan tepat

timbul getaran dimensi yang tidak akurat.

Kemungkinan cacat

Sekian..