PEMILIHAN BAHAN DAN PROSES

Dosen pembimbing : Lukman Arhami

FAKULTAS TEKNIKTEKNIK MESIN

PRODUKSIUniversitas Negeri

JakartaDisusun oleh : RIZQI AZIZI 5315077575

BAB 22MATERIAL ALAT POTONG DAN CAIRAN

PEMOTONGANUmumPemilihan material alat potong untuk aplikasi tertentu merupakan

salah satu faktor paling penting dalam melakukan operasi permesinan. Seperti pemilihan bentuk dan material yang kuat untuk membuat dan proses pemotongan. Pembahasan seluruh bab ini tentang karakteristik - karakteristik dari semua jenis material alat potong yang akan membantu kita dalam menentukan pemilihan alat potong. Untuk dapat menentukan pemilihan alat yang tepat dalam melakukan pemotongan juga harus menggunakan pedoman dan rekomendasi.

Sekarang akan dijelaskan dua unsur penting yang akan di kerjakan dengan mesin yaitu material alat potong dan cairan pemotong. Berikut spesifikasinya:

1. Jenis dan karakteristik material alat potong. 2. Sifat dan kegunanaan Baja Kecepatan Tinggi, karbida, keramik,

nitrida borium kubik dan berlian. 3. Pelapisan pada alat potong, komposisi lapisan, dan cara kerja alat

potong.4. Jenis cairan pemotong dan aplikasinya. 5. Mesin pemotongan cenderung kering dan mesin pemotongan

kering.

Karakteristik Yang Harus Dimiliki Oleh Alat Potong

Ketahanan Terhadap PanasPada saat pengoperasian mesin, alat potong harus memiliki sifat kekuatan dan ketahanan terhadap aus. Hal ini menjamin bahwa alat potong tersebut tidak mengalami deformasi atau perubahan bentuk.

Daya tahanSifat kekuatan pada alat potong pada saat sela / proses pemotongan berulang kali. Seperti: Pemotongan, mengubah putaran poros pada mesin bubut, atau karena getaran dan pengunaan selama proses permesinan.

Ketahanan panasSifat ketahanan cepat rambat suhu panas disela pemotongan saat proses permesinan.

Ketahanan pemakaianSifat ketahanan sehingga masa pakai alat dapat dipergunakan maksimal sebelum alat tsb diganti.

Stabilitas Kimia dan kelembamanUntuk menghindari atau meminimalkan reaksi kimia yang merugikan.

Tabel ini berguna dalam menentukan material alat yang diinginkan untuk suatu karakteristik tertentu, misalnya:

• Tingkat kekerasan dan kekuatan. • Ketahanan tingkat getaran. seperti penggilingan.

• Suhu lebur material alat potong.

Material Alat Potong Yang Banyak Digunakan di

Industri

Baja Karbon

Baja karbon adalah material alat tertua dan telah digunakan secara luas untuk bor, palu, penitik, dan peluas lubang ( drill ) sejak 1880-an. Paduan rendah dan baja paduan menengah dikembangkan kemudian untuk aplikasi yang serupa tapi dengan umur alat yang lebih lama. Meskipun murah dan mudah dibentuk dan dipertajam, baja ini tidak memiliki cukup ketahanan panas dan ketahanan aus, tidak tahan untuk memotong kecepatan tinggi ketika suhu meningkat.

High-Speed Steels Baja kecepatan tinggi (HSS), alat yang

dinamakan demikian karena dikembangkan untuk mesin pada kecepatan yang lebih tinggi. Karena ketangguhannya ( resistansi fraktur ), baja kecepatan tinggi cocok terutama untuk :

(a) Memotong dengan radius alat yang kecil.(b) Mesin dengan kestabilan getaran yang

rendah pada saat proses pemotongan.(c) Cocok untuk material alat potong seperti

bor, reamer, palu, dan perlengkapan pemotong.

Ada dua tipe dasar baja kecepatan tinggi: molibdenum (M-series) dan tungsten (T-series). M-seri berisi hingga sekitar 10% Mo dengan Cr, V, W, dan Co sebagai elemen paduan. T-seri berisi 12-18% W dengan Cr, V, dan Co sebagai elemen paduan. M-series umumnya memiliki ketahanan abrasi yang lebih tinggi daripada T-seri, ketahanan distorsi selama suhu yang tinggi, dan harganya yang lebih murah. Akibatnya 95% dari semua alat yang terbuatdari baja kecepatan tinggi terbuat dari M-seri.

KromiumVanadiumTungstenKobalt dan

Molibdenum

Paduan Utama di HSS Adalah:

KromiumMeningkatkan kekuatan, ketahanan aus, dan ketahanan temperatur tinggi.

VanadiumMeningkatkan ketangguhan, ketahanan abrasi, dan ketahanan panas.

Tungsten dan Kobalt memiliki efek yang sama :

Meningkatkan kekuatan dan ketahanan panas.

MolibdenumMeningkatkan ketahanan aus, kekuatan, dan ketahanan temperatur tinggi.

Peran Elemen Paduan Pada Baja Kecepatan Tinggi

Paduan kobalt tuang

Diperkenalkan pada tahun 1915, paduan kobalt tuang memiliki rentang komposisi sebagai berikut: 38% - 53% Co, 30% - 33% Cr, dan 10% - 20% W.

Material ini sekarang hanya digunakan untuk aplikasi-aplikasi khusus yang melibatkan kedalaman tingkat pemotongan, pemotongan kasar yang terus – menerus dengan kecepatan yang relatif tinggi. Mampu dua kali lebih cepat dengan baja kecepatan tinggi.

Paduan kobalt tuang

Kedua kelompok alat yang baru saja dijelaskan memiliki bahan-bahan yang diperlukan dalam hal kekuatan, pengaruh kekuatan, dan ketahanan peningkatan panas, tetapi mereka juga memiliki keterbatasan penting. Terutama yang berkaitan dengan daya tahan dan ketahanan panas. Akibatnya, mereka tidak dapat digunakan secara efektif pada kecepatan potong yang tinggi (suhu tinggi). Sehingga diperlukan alat potong yang berbeda yang dapat untuk meningkatkan produktivitas di industri.

KarbidaDiperkenalkan pada 1930-an. Karena kekerasan yang tinggi pada berbagai suhu, modulus elastisitas tinggi, konduktivitas panas yang tinggi. Karbida merupakan alat potong serbaguna dan hemat biaya dan merupakan bahan - bahan kuat untuk berbagai aplikasi. Dua kelompok utama yang digunakan untuk alat karbida adalah tungsten karbida dan titanium karbida.

Tungsten karbida Tungsten karbida (WC) biasanya terdiri dari partikel tungsten karbida yang terikat bersama dalam sebuah matriks kobalt. Alat-alat ini dibuat dengan menggunakan teknik metalurgi bubuk ( semen karbida / disinter karbida ).Jumlah kobalt yang ada biasanya berkisar 6% - 16%, secara signifikan mempengaruhi sifat-sifat alat potong tungsten karbida. Peralatan alat Tungsten karbida umumnya digunakan untuk memotong baja, besi cor dan bahan-nonferrous kasar. Dan sebagian besar telah menggantikan alat HSS karena performa yang lebih baik.

Titanium karbida

Titanium karbida (TiC) terdiri dari nikel-molibdenum matriks. Titanium karbida cocok untuk mesin material yang keras (biasanya baja dan baja tuang) dan untuk memotong pada kecepatan lebih tinggi dari pada tungsten karbida.

SisipanKebutuhan untuk metode pemotongan yang lebih efektif untuk perlengkapan alat potong yaitu alat potong dengan menggunakan sisipan. Yang masing-masing sisipan alat potong dengan beberapa sisi potong. Sebuah sisipan persegi memiliki delapan nilai potong, dan sisipan segitiga memiliki 6 dan biasanya dijepit pada busur.

Penjepitan adalah metode paling disarankan untuk mengamankan suatu alat potong sisipan, karena setiap sisipan memiliki sejumlah mata potong dan setelah salah satu ujung dikenakan, itu adalah indeks untuk menggunakan mata potong yang lain. Di samping contoh-contoh dalam gambar ini, berbagai alat pemegang lainnya tersedia untuk aplikasi khusus, termasuk untuk fitur yang cepat dalam penyisipan dan pelepasan sisipan.

PENJEPITAN

Sisipan karbida tersedia dalam berbagai bentuk, seperti persegi, segitiga, berlian, dan bulat. Kekuatan dari suatu sisipan tergantung pada bentuknya. Semakin kecil sudut yang ada semakin rendah pula kekuatan pada sudut potong. Dalam rangka untuk lebih meningkatkan kekuatan dan mencegah kerusakan sudut potong, semua sisi menyisipkan biasanya dibuat radius, di buat sudut yang miring. Kebanyakan sisipan dibuat dalam radius sekitar sampai 0,25 mm.

Keunggulan alat potong yang menggunakan sisipan adalah untuk :

a. Memilih sisipan yang sesuai untuk proses mesin yang dilakukan.b. menghilangkan alat potong yang panjang.c. mengurangi getaran dan panas yang dihasilkan

Coated ToolsAlat – alat potong yang dilakukan pelapisan dapat memiliki hidup 10 kali lebih lama dibanding alat yang tidak di lapisi. Metode ini memungkinkan untuk pemotongan kecepatan tinggi dan dengan demikian mengurangi waktu yang diperlukan baik untuk pengoperasian mesin dan biaya produksi.

Bahan Lapisan dan Metode Pelapisan Umum digunakan bahan lapisan titanium nitrida (TiN), titanium karbida (TiC), titanium carbonitride (TiCN), dan aluminium oksida (Al2CO3). Pelapisan ini, pada umumnya dalam kisaran ketebalan 2-15 yu-m

Bahan pelapisan untuk alat potong yang kuat harus memiliki kriteria umum berikut: • Ketahanan tinggi pada temperatur yang tinggi.• Stabilitas kimia sehingga dapat memeksimalkan umur pemakaian. • konduktivitas panas rendah untuk mencegah / mengurangi peningkatan suhu.• Kompatibilitas dan dapat mengikat untuk dapat mencegah terjadinya mengelupas atau spalling. • Tingkat porositas yang kecil dalam lapisan untuk menjaga integritas dan kekuatan alat potong.

Titanium lapisan nitrida memilii koofisien gesekan yang rendah, tingkat kekerasan yang tinggi, tahan terhadap temperatur tinggi. Sehingga ini sangat dapat memaksimalkan umur alat potong baja kecepatan tinggi dan karbida . Alat potong berlapis titanium nitrida (warna emas) memiliki kinerja yang baik pada kecepatan pemotongan yang tinggi.

TITANIUM NITRIDA

TITANIUM KARBIDAPelapisan Titanium karbida memiliki keunggulan ketahanan

yang tinggiterhadap aus pada mesin untuk pemotongan yang kasar.

Karena konduktivitas panas yang rendah, ketahanan terhadap suhu yang tinggi, dan ketahanan untuk pemotongan sisi dan pembuatan lubang, keramik merupakan bahan pelapis yang cocok untuk alat potong. Yang paling banyak digunakan adalah keramik lapisan aluminium oksida (Al₂CO3).

Pelapisan Keramik

Alumina Berbasis Keramik

Peralatan dengan bahan keramik, diperkenalkan pada awal 1950-an, terutama terdiri dari butir halus aluminium oksida kemurnian tinggi.Penambahan titanium karbida dan oksida nium zirco membantu meningkatkan sifat seperti ketangguhan dan ketahanan dari peningkatan panas.perkakas Alumina berbasis keramik memiliki ketahanan abrasi yang sangat tinggi dan ketahanan terhadap panas.Mereka efektif pada kecepatan tinggi, operasi pemotongan tanpa gangguan, seperti tahap penyelesaian atau semifinishing. Untuk mengurangi kejutan dari peningkatan panas, harus dilakukan pemotongan kering. Dengan jumlah cairan pemotongan yang berlebihan dan teknik pengaliran cairan yang tidak benar dapat menyebabkan kejutan panas yang tidak merata dan terjadinya patahan perkakas keramik.

    SermetSermet, yang pertama kali digunakan pada awal 1950-an dan terdiri dari partikel keramik dalam matriks logam. Sebuah tipe sermet terdiri dari 70% aluminium oksida dan 30% titanium karbida, sermet lainnya mengandung molibdenum karbida, niobium karbida, dan tantalum karbida.Alat ini lebih lanjut telah menghasilkan peningkatan kekuatan, ketangguhan, dan kehandalan. Kualitas performa sermet adalah berada diantara keramik dan karbida, dan merupakan material yang cocok untuk pemotongan kasar atau pemotongan berkecepatan tinggi.

Kubik Boron Nitrida Di samping berlian, cubic boron nitride (CBN) adalah bahan yang paling sulit saat ini digunakan. Diperkenalkan pada tahun 1962 dengan nama pasaran Borazon.lapisan CBN memberikan ketahanan aus sangat tinggi.

CBN cocok untuk memotong besi dan baja paduan pada temperature tinggi. CBN ini juga digunakan sebagai sebuah material untuk pengampelasan. Karena CBN merupakan alat rapuh, kekakuan dari peralatan perkakas sangat penting untuk menghindari getaran saat pemakaian. Dalam upaya untuk menghindari chipping dan retak akibat guncangan, permesinan secara umum harus berforma dengan kering artinya harus mengindari cairan pemotong.

Silikon-Nitrida Berbasis Keramik

Dikembangkan di tahun 1970-an, silicon – nitride (SiN) alat material berbasis keramik terdiri dari silikon nitrida dengan berbagai penambahan oksida dan titanium karbida. Alat Ini mempunyai kekerasan, ketahanan panas, dan ketahanan panas yang baik. Contoh dari sebuah SiN adalah dari beberapa campuran elemen bercampur seperti : silicon, alumunium, oksigen dan nitrogen. Ini mempunyai ketahanan kejutan panas lebih tinggi dari pada silicon nitride.

IntanDari semua material yang dikenal, yang terkeras substansinya adalah intan.Seperti alat potong, penggunaan intan harus mempunyai mempertimbangkan lebih dulu, seperti tingkat gesekan penggunaan yang rendah, dapat digunakan secara baik, dan kemampuan untuk mempertahankan sebuah ketajaman saat pemotongan dilakukan. Intan digunakan ketika permukaan hampir selesai baik dan akurasi dimensi diperlukan.Industri intan sekarang digunakan secara luas, tapi karena intan alami memiliki cacat dan kinerjanya tidak dapat diprediksi maka intan telah digantikan oleh poli kristal berlian ( PCD ) agar dapat digunakan untuk aplikasi khusus.

Cairan Pemotongan Pemotongan cairan telah digunakan dalam operasi mesin, metode inidilkukan untuk mencapai hasil meliputi: • Mengurangi gesekan dan keausan, sehingga meningkatkan masa pakai alat dalam menyelesaikan permukaan benda kerja. • Mendinginkan daerah pemotongan, sehingga meningkatkan umur alat, mengurangi suhu dan distorsi panas benda kerja. • Mengurangi kekerasan saat pemotongan dan konsumsi energi. • Mencegah bram pemotongan mengganggu proses pemotongan, khususnya dalam proses seperti pengeboran. • Melindungi permukaan mesin dari korosi lingkungan.

Tergantung pada jenis operasi pemesinan, cairan pemotongan mungkin diperlukan sebagai fungsi pendingin, pelumas, atau keduanya.Efektivitas cairan pemotong tergantung pada sejumlah faktor seperti jenis operasi pemesinan, alat dan material benda kerja, kecepatan potong, dan metode penggunaan cairan pemotongan.Air merupakan pendingin yang sangat baik dan dapat mengurangi suhu tinggi secara efektif dibarikan di daerah pemotongan. Namun air bukan pelumas yang efektif, sehingga tidak mengurangi gesekan. Selain itu air menyebabkan karat benda kerja dan komponen mesin.Pada saat proses pemesinan, tindakan pendinginan dengan cairan juga dapat merugikan. Telah terbukti bahwa cairan pemotongan dapat menyebabkan alat potong menjadi keriting dan dengan demikian panas lebih terkonsentrasi hanya dekat pada ujung alat potong yang membuat umur pahat berkurang.Namun, mulai pertengahan 1990-an, ada perubahan besar untuk mesin dengan proses potong kering, berarti dengan sedikit menggunakan cairan pemotonganan hingga mesin dengan proses yang kering.

Jenis Cairan Pemotongan1. Minyak bahan campuran dan minyak sintetis, biasanya digunakan untuk operasi kecepatan rendah dimana kenaikan suhu tidak signifikan. 2. Emulsi (juga disebut minyak larut) adalah campuran minyak dan air, umumnya digunakan untuk operasi kecepatan tinggi karena kenaikan suhu yang signifikan. Adanya air membuat emulsi pendingin sangat efektif. 3. Semisynthetics adalah emulsi kimia mengandung sedikit minyak mineral, diencerkan dengan air dan dengan zat aditif yang mengurangi ukuran partikel minyak membuat fluida ini lebih efektif. 4. Sintetis adalah bahan kimia dengan zat aditif yang diencerkan dengan air dan tidak mengandung minyak.

Metode Aplikasi Cairan Pemotongan

1. mengaliri. Ini adalah metode yang paling umum. Dalam beberapa operasi seperti pengeboran, tekanan cairan diberkisar antara 700 sampai 14.000 kPa digunakan untuk flush chip diproduksi untuk mencegah gangguan. pengoperasian.

2. Mist ( kabut ). Pendinginan ini digunakan karena pasokan cairan ke daerah - daerah pemotongan tidak dapat dilakukan, mirip dengan menggunakan aerosol dan memberikan hasil yang lebih baik dibandingkan dengan mengaliri pendinginan.

3. Sistem dengan bertekanan tinggi. Dengan peningkatan kecepatan dan peralatan modern mesin perkakas yang dikontrol dengan computer, panas pada mesin menjadi faktor yang signifikan. Cara yang efektif adalah sistem pendingin yang menggunakan tekanan tinggi. Cairan pendingin diberikan ke daerah pemotongan dengan desain nozle yang sesuai. Tekanan yang digunakan biasanya dalam kisaran 5,5 - 35 MPa, berfungsi sebagai pendingin kondisi chip dimana chip yang digunakan akan berlangsung lama dan terus menerus. Proses penyaringan cairan juga sangat penting dilakukan untuk mempertahankan kualitas kebersihan cairan.

4. Melalui sistem pahat potong. Pada suatu proses pemesinan adakalanya kesulitan dalam memasok cairan ke daerah pemotongan. Untuk aplikasi yang lebih efektif bagian untuk aliran cairan dapat dibuat dalam pahat potong atau pada alat penjepit. Untuk mengalirkan cairan ini diperlukan tekanan yang tinggi.

Pengaruh Cairan pemotongan

Pemilihan cairan pemotongan juga harus memiliki pertimbangan akibat penggunaannya pada:

• Material benda yang dikerjakan dan peralatan mesin.• Pertimbangan kandungan kimia• Lingkungan

Dalam memilih cairan pemotongan harus mempertimbangkan apakah komponen mesin akan mengalami efek yang merugikan, mungkin menyebabkan korosi retak. Pertimbangan ini penting terutama untuk cairan pemotongan dengan sulfur dan klorin aditif misalnya, cairan pemotongan mengandung sulfur tidak boleh digunakan dengan paduan nikel dan cairan mengandung klorin tidak boleh digunakan dengan paduan titanium.

Dampak Lain Dari Cairan Pemotongan

Karena operator mesin biasanya barada dekat dengan cairan pemotongan, dampak kesehatan dari operator harus menjadi perhatian utama. Kabut,asap, dan bau dari cairan pemotongan dapat menyebabkan reaksi kulit yang parah dan masalah pernafasan terutama dalam menggunakan cairan dengan kandungan kimia seperti belerang, klorin, fosfor, hidrokarbon, biocides, dan berbagai aditif.

Dekat-keringUntuk alasan ekonomi dan lingkungan ada kecenderungan di seluruh dunia sejak pertengahan 1990-an untuk mengurangi atau menghilangkan penggunaan cairan kerja logam. Tren ini telah mengakibatkan praktek pemesinan hampir kering (NDM) dengan manfaat utama seperti: • Mengurangi dampak lingkungan menggunakan cairan pemotongan, meningkatkan kualitas udara pabrik, dan mengurangi bahaya kesehatan. • Mengurangi biaya operasional mesin, termasuk biaya pemeliharaan, daur ulang, dan pembuangan cairan pemotongan. • Juga untuk meningkatkan kualitas permukaan pada proses pemesinan.

Prinsip di balik pemotongan mendekati kering adalah penerapan kabut campuran udara dengan cairan ( jumlah yang sangat kecil ). Campuran ini diberikan ke daerah pemotongan dari perkakas mesin, biasanya melalui nosel 1 mm dengan di bawah tekanan 600 kPa. Hal ini digunakan pada kapasitas 1 sampai 100 cc / jam. Akibatnya, proses ini juga dikenal sebagai pelumasan Jumlah minimum (MQL).

Mesin Dengan Proses Kering

Perkembangan yang lebih baru pada mesin meliputi penggunaan gas cryogenic seperti nitrogen atau karbon dioksida sebagai pendingin di mesin. Dengan diameter nozel kecil dan pada suhu -200 ° C, nitrogen cair disuntikkan ke daerah pemotongan. Karena penurunan suhu, ketahanan alat terpelihara dan umur alat ditingkatkan, sehingga memungkinkan kecepatan potong yang lebih tinggi. Selain itu nitrogen hanya menguap dan dengan demikian tidak memiliki dampak lingkungan yang merugikan.

Ringkasan-Berbagai bahan alat potong telah dikembangkan pada abad masa lalu, yang paling sering digunakan adalah baja kecepatan tinggi, karbida, keramik, boron nitride kubik, dan berlian. bahan Alat memiliki berbagai mekanikal dan sifat fisik yang berbeda, seperti ketahanan panas, daya tahan, stabilitas kimia dankelambanan, dan ketahanan kerusakan dan pemakaian. -Berbagai alat pelapis telah dikembangkan dengan peningkatan besar untuk umur pakai alat, kehalusan permukaan, dan ekonomis biaya pengoperasian mesin. Bahan pelapis yang umum adalah titanium nitrida, karbida titanium, carbonitride titanium, dan aluminium oksida. -Pemilihan material alat potong yang sesuai tidak hanya tergantung pada material yang akan mesin tetapi juga pada parameter proses dan karakteristik dari mesin. -Cairan pemotongan penting dalam operasi mesin untuk mengurangi gesekan, keausan dan kebutuhan daya. Pemilihan cairan pemotongan harus mencakup pertimbangan, karena memungkinan efek negatif pada bagian mesin, peralatan mesin dan komponen-komponennya dan juga lingkungan.

S E K I A NS E K I A N

...TERIMA KASIH…...TERIMA KASIH…Hufftt..!!Hufftt..!!