Mekanika permesinan
-
Upload
mahros-darsin -
Category
Technology
-
view
2.533 -
download
11
description
Transcript of Mekanika permesinan
MEKANIKA PERMESINAN
MAHROS DARSINDiterjemahkan secara bebas dari Materi “GROOVER”
Untuk Kuliah Proses Manufaktur
©2007 John Wiley & Sons, Inc. M P Groover, Fundamentals of Modern Manufacturing 3/e
TEORI PERMESINAN LOGAM
1. Tinjauan atas Teknologi Permesinan2. Teori terjadinya tatal pada permesinan logam3. Hubungan Gaya dengan Persamaan
Merchant 4. Daya dan Energi yang berhubungan dengan
Permesinan5. Suhu Pemotongan
©2007 John Wiley & Sons, Inc. M P Groover, Fundamentals of Modern Manufacturing 3/e
Proses Pembuangan Bahan
Adalah termasuk keluarga operasi permesinan, tampilan umumnya berupa pembuangan bahan dari bentuk dasar menjadi geometri yang diinginkan
Machining/ Permesinan – pembuangan bahan dengan pahat tajam seperti bubut, fris, bor, ketam, sekrap, brot (broaching machine), gergaji
Proses Abrasive – pembuangan bahan dengan partikel abrasif dan keras, misalnya gerinda
Proses Nontradisional – berbagai bentuk energi selain pahat tajam dimanfaatkan untuk mengikis bahan
©2007 John Wiley & Sons, Inc. M P Groover, Fundamentals of Modern Manufacturing 3/e
Aksi pemotongan melibatkan deformasi geser membentuk tatal seiring pembuangan tatal, permukaan baru terbentuk
Figure 21.2 (a) Penampang melintang pandangan proses permesinan, (b) pahat dengan sudut rake negatif, bandingkan sudut rake positif (a).
Permesinan
Pemodelan: Mekanisme Pemotongan
Chip
Tool
Chip forms byshear in this regionde
pth
of c
ut
Friction betweentool, chip in thisregion
Chip
Tool
Chip forms byshear in this regionde
pth
of c
ut
Friction betweentool, chip in thisregion
Teori Lama: penyebaran retak Model sekarang: pergeseran
©2007 John Wiley & Sons, Inc. M P Groover, Fundamentals of Modern Manufacturing 3/e
Mengapa Permesinan Penting?
Berbagai benda kerja dapat dimesin Untuk memotong logam
Berbagai bentuk benda kerja dan bentuk khusus dapat dibuat : Ulir Lubang bundar yang akurat Ujung yang halus dan tajam
Akurasi dimensional dan pemukaan akhir bagus
©2007 John Wiley & Sons, Inc. M P Groover, Fundamentals of Modern Manufacturing 3/e
Kekurangan Proses Permesinan
Adanya sampah Tatal yang terjadi pada permesinan adalah
sampah Memakan waktu lama Operasi permesinan umumnya memerlukan
yang lebih lama dibanding proses pembentukan lainnya, misalnya pengecoran, metalurgi serbuk atau pembentukan
©2007 John Wiley & Sons, Inc. M P Groover, Fundamentals of Modern Manufacturing 3/e
Permesinan dalam Rangkaian Manufakturing
Pada umumnya dilakukan setelah proses manufakturing lainnya, seperti pengecoran, tempa dan penarikan batang Proses lainnya membuat bentuk umum dari
permulaan benda kerja Permesinan menyediakan bentuk akhir,
dimensi yang diinginkan dan geometri detil yang tidak dapat dilakukan oleh proses lain
©2007 John Wiley & Sons, Inc. M P Groover, Fundamentals of Modern Manufacturing 3/e
Operasi Permesinan
Permesinan yang paling penting: Turning/ bubut Drilling/ bor Milling/ fris
Operasi permesinan lainnya: Shaping/sekrap dan planing/ketam Broaching/ brot Sawing/gergaji
©2007 John Wiley & Sons, Inc. M P Groover, Fundamentals of Modern Manufacturing 3/e
Pahat pemotong tunggal membuang bahan dari benda kerja yang berputar
Figure 21.3 Tiga proses permesinan yang umum: (a) turning/bubut
Pembubutan
©2007 John Wiley & Sons, Inc. M P Groover, Fundamentals of Modern Manufacturing 3/e
Digunakan untuk membuat lubang bundar, umumnya dengan pahat yang berputar dengan dua mata pemotong
Figure 21.3 (b) drilling,
Drilling/ Pengeboran
©2007 John Wiley & Sons, Inc. M P Groover, Fundamentals of Modern Manufacturing 3/e
Pahat mata potong jamak berputar atas benda kerja yang digerakkan, memotong menjadi bentuk bidang atau permukaan lurus
Dua bentuk: freis peripheral dan freis muka (face milling)
Figure 21.3 (c) peripheral milling, and (d) face milling.
Milling/Pengefraisan
©2007 John Wiley & Sons, Inc. M P Groover, Fundamentals of Modern Manufacturing 3/e
Klasifikasi Pahat Potong
1. Pahat mata potong tunggal Satu ujung pemotong yang dominan Titik pemotong umumnya bundar yang
disebut nose radius Bubut, sekrap, ketam panjang
menggunakan pahat mata tunggal 2. Pahat mata potong jamak Lebih dari satu ujung pemotong Gerakan relatif terhadap benda kerja
dengan cara berputar Drilling dan milling menggunakan pahat
motong jamak
©2007 John Wiley & Sons, Inc. M P Groover, Fundamentals of Modern Manufacturing 3/e
Figure 21.4 (a) pahat mata potong tunggal memperlihatkan rake face, flank, and tool point; and (b) pemotong miling berbentuk helix, mewakili pahat mata jamak.
Pahat Potong
©2007 John Wiley & Sons, Inc. M P Groover, Fundamentals of Modern Manufacturing 3/e
Kondisi pemotongan pada Permesinan
Tiga parameter utama proses permesinan: Cutting speed v – gerakan utama Feed f – gerakan sekunder Depth of cut d – penekanan pahat di
bawah permukaan kerja asal Pada operasi permesinan tertentu, laju
pembungan material (material removal rate) dapat dihitung sbg:
RMR = v f ddengan v = cutting speed; f = feed; d = depth of cut
©2007 John Wiley & Sons, Inc. M P Groover, Fundamentals of Modern Manufacturing 3/e
Kondisi Permesinan untuk Bubut
Figure 21.5 Speed, feed, and depth of cut pada pembubutan.
©2007 John Wiley & Sons, Inc. M P Groover, Fundamentals of Modern Manufacturing 3/e
Pengerjaan Kasar (Roughing) vs. Pengerjaan Akhir (Finishing)
Dalam produksi, beberapa pemotongan kasar diikuti dengan satu atau dua kali pemotongan akhir (pengerjaan halus)
Roughing – menghilangkan sejumlah besar bahan mulai dari bentuk dasar Membuat bentuk mendekati geometri yang
diinginkan, kecuali sedikit untuk operasi pengakhiran
Pemakanan dan kedalam potong tinggi, kecepatan rendah
Finishing – geometri benda paripurna Dimensi dan toleransi final Pemakanan dan kedalam potong rendah,
kecepatan tinggi
©2007 John Wiley & Sons, Inc. M P Groover, Fundamentals of Modern Manufacturing 3/e
Mesin PerkakasSebuah mesin dengan daya penggerak yang
melakukan operasi permesinan, termasuk gerinda
Fungsi dalam permesinan: Memegang benda kerja Memposisikan pahat relatif terhdap benda
kerja Menyediakan daya pada kecepatan,
pemakanan dan kedalaman potong yang telah diset.
Terminologi mesin perkakas juga dipakai untuk mesin yang digunakan untuk pembentukan
©2007 John Wiley & Sons, Inc. M P Groover, Fundamentals of Modern Manufacturing 3/e
Model 2-D yang disederhanakan yang menjelaskan mekanika permesinan dengan cukup akurat
Figure 21.6 Orthogonal cutting: (a) sebagai proses 3 dimensi
Model Pemotongan orthogonal
©2007 John Wiley & Sons, Inc. M P Groover, Fundamentals of Modern Manufacturing 3/e
Rasio Ketebalan Tatal
dengan r = rasio ketebalan tatal; to = ketabalan tatal sebelum dimesin;
and tc = ketebalan tatal setelah terpisah Tebal beram setelah pemotongan selalu lebih
besar daripada sebelumnya, sehingga angka rasio selalu kurang dari 1,0
c
ottr
©2007 John Wiley & Sons, Inc. M P Groover, Fundamentals of Modern Manufacturing 3/e
Penentuan Sudut Bidang Geser
Berdasar pada parameter geometris dari model orthogonal, sudut bidang geser dapat ditentukan sebagai:
dengan r = rasio tatal,
dan = rake angle (sudut serpih)
sincostanr
r
1
©2007 John Wiley & Sons, Inc. M P Groover, Fundamentals of Modern Manufacturing 3/e
Figure 21.7 Reganag geser selam pembentukan tatal: (a) formasi tatal dianggap sebagai serangkaian paralel pelat yang menggeser relatif satu dengan yang lain, (b) salah satu pelat diisolasi untuk menunjukkan regangan geser dan (c) segitiga regangan geser biasa digunakan untuk menjelaskan persamaan regangan
Regangan Geser pada Pembentukan Tatal
©2007 John Wiley & Sons, Inc. M P Groover, Fundamentals of Modern Manufacturing 3/e
Regangan Geser
Regangan geser pada permesinan dapat dihitung dengan persamaan di bawah ini, berdasar model pemotongan paralel terdahulu:
= tan( - ) + cot
Dengan = regangan geser, = sudut bidang geser , dan = sudut serpih pahat potong
©2007 John Wiley & Sons, Inc. M P Groover, Fundamentals of Modern Manufacturing 3/e
Figure 21.8 Pandangan yang lebih realistis tentang pembentukan tatal, menunjukkan daerah pergeseran ketimbang bidang geser. Juga ditunjukkan daerah pergeseran sekunder yang dihasilkan dari gesekan pahat dan benda kerja.
Pembentukan tatal
©2007 John Wiley & Sons, Inc. M P Groover, Fundamentals of Modern Manufacturing 3/e
Empat Tipe Dasar Beram pada Permesinan
1. Tatal tidak kontinyu/ Discontinuous chip2. Tatal kontinyu/ Continuous chip3. Tatal kontinyu dengan BUE/ Continuous chip
with Built-up Edge (BUE)4. Tatal bergerigi/ Serrated chip
©2007 John Wiley & Sons, Inc. M P Groover, Fundamentals of Modern Manufacturing 3/e
Bahan benda kerja getas
Pemotongan kecepatn rendah, V <
Pemakanan dan kedalaman potong tinggi, f >
Gesekan antara pahat dan benda kerja tinggi
Figure 21.9 Four types of chip formation in metal cutting: (a) discontinuous
Discontinuous Chip
©2007 John Wiley & Sons, Inc. M P Groover, Fundamentals of Modern Manufacturing 3/e
Bahan benda kerja ulet
Kecepatan potong tinggi, V >
Pemakanan dan kedalaman potong rendah, f <, a<
Ujung pahat tajam
Gesekan antara pahat dan benda kerja rendah
Figure 21.9 (b) continuous
Continuous Chip
©2007 John Wiley & Sons, Inc. M P Groover, Fundamentals of Modern Manufacturing 3/e
Bahan ulet Kecepatan potong
rendah ke sedang Gesekan pahat-benda
kerja menyebabkan bagian tatal menempel pada permukaan rake
BUE terbentuk, kemudian pecah secara bergantian (siklus)
Figure 21.9 (c) continuous with built-up edge
Continuous with BUE
©2007 John Wiley & Sons, Inc. M P Groover, Fundamentals of Modern Manufacturing 3/e
Semikontinyu-tampak seperti mata gergaji
Tatal siklis terbentuk dengan pergantian regangan geser tinggi dan rendah
Dikaitkan dengan logam sulit dimesin pada keceptan tinggi
Serrated Chip
Figure 21.9 (d) serrated.
©2007 John Wiley & Sons, Inc. M P Groover, Fundamentals of Modern Manufacturing 3/e
Gaya gesek F dan gaya normal terhadap gaya gesek N
Gaya geser Fs dan gaya normal thd geser Fn
Figure 21.10 Gaya-gaya pada pemotongan logam: (a) gaya yang bekerja pada pemotongan orthogonal
Gaya-gaya yang Bekerja pada Tatal
©2007 John Wiley & Sons, Inc. M P Groover, Fundamentals of Modern Manufacturing 3/e
Gaya Resultan
Penambahan vector F dan N = resultan R Penambahan vector Fs and Fn = resultan R' Gaya-gaya yang bekerja pada tatal harus
seimbang: R' harus sama besar dengan R R’ harus berlawanan arah terhadap R R’ harus kolinier dengan R
©2007 John Wiley & Sons, Inc. M P Groover, Fundamentals of Modern Manufacturing 3/e
Koefisien Gesek
Koefisien gesek antara pahat dan benda kerja:
Sudut gesek yang berhubungan dengan koefisien gesek:
NF
tan
©2007 John Wiley & Sons, Inc. M P Groover, Fundamentals of Modern Manufacturing 3/e
Tegangan Geser
Tegangan geser bekerja sepanjang bidang geser:
sinwtA o
s
Dengan As = luas bidang geser
Tegangan geser = tegangan geser benda kerja selama pemotongan
s
sAFS
©2007 John Wiley & Sons, Inc. M P Groover, Fundamentals of Modern Manufacturing 3/e
F, N, Fs, and Fn tidak dapat diukur secara langsung Gaya yang bekerja pada pahat yang dapat diukur
langsung: Gaya potong Fc dan gaya Thrust Ft
Figure 21.10 Gaya pada pemotongan logam: (b) gaya-gaya yang bekerja pada pahat yang dapat diukur
Gaya Pemotongan dan Gaya Thrust
©2007 John Wiley & Sons, Inc. M P Groover, Fundamentals of Modern Manufacturing 3/e
Gaya-gaya pada Pemotongan Logam
Persamaan-persamaan yang dapat diturunkan berkaitan antara gaya-gaya yang dapat diukur dan tak dapat diukur:
F = Fc sin + Ft cosN = Fc cos - Ft sinFs = Fc cos - Ft sinFn = Fc sin + Ft cos
Berdasarkan atas gaya-gaya terhitung, tegangan geser dan koefisien gesek dapat ditentukan
©2007 John Wiley & Sons, Inc. M P Groover, Fundamentals of Modern Manufacturing 3/e
Persamaan Merchant
Dari sudut-sudut yang mungkin tempat terjadinya deformasi geser, bahan benda kerja akan memilih sudut bidang geser dengan energi minimum, dinyatakan oleh:
Persaman tersebut diturunkan oleh Eugene Merchant
Persamaan berdasar pemotongan orthogonal, namun masih tetap valid untuk permesinan 3-dimensi
2245
©2007 John Wiley & Sons, Inc. M P Groover, Fundamentals of Modern Manufacturing 3/e
Apa yang dikatakan oleh persamaan Merchant
Untuk meningkatkan sudut bidang geser: Naikkan sudut rake/sudut tatal Kurangi sudut gesek (atau koefisien gesek)
2245
©2007 John Wiley & Sons, Inc. M P Groover, Fundamentals of Modern Manufacturing 3/e
Sudut bidang geser yang lebih besar berarti luas bidang geser yang lebih kecil yang berarti gaya potong, daya dan suhu yang lebih kecil
Figure 21.12 Effect of shear plane angle : (a) higher with a resulting lower shear plane area; (b) smaller with a corresponding larger shear plane area. Note that the rake angle is larger in (a), which tends to increase shear angle according to the Merchant equation
Pengaruh Sudut Bidang Geser yang Besar
©2007 John Wiley & Sons, Inc. M P Groover, Fundamentals of Modern Manufacturing 3/e
Hubungan Daya dan Energi
Operasi permesinan memerlukan daya Daya untuk permesinan dapat dihitung dari:
Pc = Fc vdengan Pc = daya pemotongan; Fc = gaya potong; dan v = kecepatan potong
©2007 John Wiley & Sons, Inc. M P Groover, Fundamentals of Modern Manufacturing 3/e
Hubungan Daya dan Energi
Di U.S.A unit yang biasa dipakai untuk melambangkan daya adalah daya kuda /horsepower (dari ft-lb/min dibagi dengan 33,000)
where HPc = cutting horsepower, hp
00033,vFHP c
c
©2007 John Wiley & Sons, Inc. M P Groover, Fundamentals of Modern Manufacturing 3/e
Hubungan Daya dan Energi
Daya kotor untuk mengoperasikan mesin perkakas Pg atau HPg diberikan oleh:
or
dengan E = efisiensi mekanis mesin perkakas Typical E untuk mesin perkakas 90%
EPP c
g E
HPHP cg
©2007 John Wiley & Sons, Inc. M P Groover, Fundamentals of Modern Manufacturing 3/e
Daya Unit pada Permesinan
Sangat berguna untuk megonversi daya ke daya per unit volume laju pemotongan logam
Disebut sebagai unit power, Pu atau unit horsepower, Hpu
or
Dengan RMR = material removal rate
MR
cU R
PP =
MR
cu R
HPHP =
©2007 John Wiley & Sons, Inc. M P Groover, Fundamentals of Modern Manufacturing 3/e
Energi Spesifik pada Permesinan
Unit daya juga dikenal sebagai Energi spesifik U
Unit untuk energi spesifik umumnya dalam N-m/mm3 atau J/mm3 (in-lb/in3)
wvtvF
RP
PUo
c
MR
cu ===
©2007 John Wiley & Sons, Inc. M P Groover, Fundamentals of Modern Manufacturing 3/e
Suhu Pemotongan
Sekitar 98% energi pada permesinan dikonversi menjadi panas
Hal ini dapat menyebabkan suhu pada pahat-tatal sangat tinggi
Sisa energi (sekitar 2%) bertahan sebagai energi elastis pada tatal
©2007 John Wiley & Sons, Inc. M P Groover, Fundamentals of Modern Manufacturing 3/e
Suhu Pemotongan sangat penting
Suhu pemotongan tinggi 1. Mengurangi umur pahat2. Memproduksi tatal panas yang
membahayakan keselamatan operator mesin3. Dapat menyebabkan ketidak-akurasian pada
dimensi benda kerja karena ekspansi termal benda kerja
©2007 John Wiley & Sons, Inc. M P Groover, Fundamentals of Modern Manufacturing 3/e
Suhu Pemotongan
Metode analitis diturunkan oleh Nathan Cook dari analisis dimensional menggunakan data eksperimen untuk berbagai bahan diperoleh:
Dengan T = kenaikan suhu pada antarmuka pahat-tatal; U = energi spesifik; v = keceptan potong; to = ketebalan tatal sebelum dipotong; C = panas spesifik volumetris dari bahan benda kerja; K = difusivitas thermal bahan benda kerja
333040 ..
Kvt
CUT o
©2007 John Wiley & Sons, Inc. M P Groover, Fundamentals of Modern Manufacturing 3/e
Suhu Pemotongan
Metode eksperimen dapat digunakan untuk mengukur suhu pada permesinan Teknik yang paling sering digunakan adalah
thermokopel pahat-tatal Dengan menggunakan metode ini, Ken Trigger
menentukan hubungan kecepatan-suhu dalam bentuk:
T = K vm
dengan T = suhu antarmuka pahat-tatal, dan v= kecepatan potong