Download - 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


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


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


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


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


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


Operasi Permesinan

Permesinan yang paling penting: Turning/ bubut Drilling/ bor Milling/ fris

Operasi permesinan lainnya: Shaping/sekrap dan planing/ketam Broaching/ brot Sawing/gergaji


Pahat pemotong tunggal membuang bahan dari benda kerja yang berputar

Figure 21.3 Tiga proses permesinan yang umum: (a) turning/bubut

Pembubutan


Digunakan untuk membuat lubang bundar, umumnya dengan pahat yang berputar dengan dua mata pemotong

Figure 21.3 (b) drilling,

Drilling/ Pengeboran


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


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


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


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


Kondisi Permesinan untuk Bubut

Figure 21.5 Speed, feed, and depth of cut pada pembubutan.


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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.


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


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


Koefisien Gesek

Koefisien gesek antara pahat dan benda kerja:

Sudut gesek yang berhubungan dengan koefisien gesek:

NF

tan


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


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


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


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


Apa yang dikatakan oleh persamaan Merchant

Untuk meningkatkan sudut bidang geser: Naikkan sudut rake/sudut tatal Kurangi sudut gesek (atau koefisien gesek)

2245


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


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



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



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


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 =


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 ===


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


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


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


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