Teknologi Pemesinan

Oleh : B. Sentot Wijanarka

i

Kata Pengantar

Teknologi pengerjaan logam pada saat ini mengalami kemajuan yang sangat pesat. Proses pemesinan sebagai salah satu proses pengerjaan logam telah mengalami kemajuan sejak pertama kali ditemukan. Proses pemesinan yang sekarang telah menggabungkan mesin perkakas dengan komputer (CNC) membuat proses produksi menjadi sangat efisien. Walaupun demikian sebagai dasar pengetahuan untuk proses pemesinan tersebut masih menggunakan konsep-konsep lama, misalnya kecepatan potong, gerak makan dan kedalaman potong. Untuk itu buku ini disusun untuk mahasiswa atau kalangan praktisi pemesinan memahami konsep dasar proses pemesinan sampai dengan perencanaan proses pemesinan dengan dilengkapi banyak gambar dan tabel data. Sebagian besar gambar dan tabel dalam buku ini diambil dari Cutting Tool Applications karangan George Schneider (2006) dan Fundamentals of Machine Tools (Department of The Army USA, 1996). Selain itu beberapa data dan gambar diambil dari Katalog produk PT.Kawan Lama, dan PT Mitutoyo, Seco Carboloy, dan IMTS 2006. Data-data terbaru diambil dari www.toolingandproduction.com, dan Katalog electronic Sandvik

Penulis menyadari bahwa buku ini masih banyak kekurangan, karena beberapa data pemesinan yang diacu mungkin tidak sesuai dengan kondisi di bengkel. Penulis berharap adanya kritik dan saran demi perbaikan buku ini di masa yang akan datang.

Semoga buku ini bermanfaat. Selamat membaca dan mempelajari.

Yogyakarta, September 2006Penulis

ii

Daftar Isi

Halaman

Kata Pengantar iiDaftar Isi iiiDaftar Gambar ivDaftar Tabel xiiiDaftar Lampiran xvBAB 1. PENDAHULUAN 1

A. Sejarah singkat mesin perkakas 2B. Proses Pemesinan 3C. Klasifikasi Proses Pemesinan 3D. Alat Ukur 5E. Pembentukan Beram ( Chips Formation) pada

Proses Pemesinan11

F. Sistem Satuan 14BAB 2. PROSES BUBUT (TURNING) 17

A. Parameter yang dapat diatur pada mesin bubut 20B. Geometri Pahat Bubut 23C. Perencanaan dan perhitungan proses bubut 27

1. Material pahat 282. Pemilihan mesin 323. Penentuan langkah kerja 354. Perencanaan proses membubut lurus 385. Perencanaan proses membubut tirus 476. Perencanaan proses membubut ulir 517. Perencanaan proses membubut alur 628. Perencanaan proses

membubut/membuat kartel65

BAB 3. PROSES FRAIS (MILLING) 68A. Klasifikasi proses frais 70B. Metode proses frais 71C. Jenis mesin frais 73D. Parameter yang dapat diatur pada mesin frais 76E. Geometri pahat frais 77F. Peralatan dan asesoris untuk memegang pahat

frais80

iii

G. Alat pencekam dan pemegang benda kerja pada mesin frais

83

H. Elemen dasar proses frais 86I. Pengerjaan benda kerja dengan mesin frais 89

BAB 4. PROSES GURDI (DRILLING) 97A. Mesin Gurdi (Drilling Machine) 99B. Geometri mata bor (Twist drill) 101C. Pencekaman mata bor dan benda kerja 106D. Elemen dasar proses gurdi 110E. Perencanaan proses gurdi 113

BAB 5. PROSES SEKRAP (SHAPING) 117A. Mesin Sekrap 119B. Elemen dasar proses sekrap 122

BAB 6. CAIRAN PENDINGIN UNTUK PROSES PEMESINAN

125

A. Cara pemberian cairan pendingin pada proses pemesinan

127

B. Pengaruh cairan pendingin pada proses pemesinan

129

C. Kriteria pemilihan cairan pendingin 131D. Perawatan dan pembuangan cairan pendingin 133

BAB 7. OPTIMASI PARAMETER PEMOTONGAN PROSES BUBUT

135

A. Langkah 1 : Pemilihan geometri (bentuk) pahat 136B. Langkah 2 : Penentuan radius ujung pahat (rε)

dan gerak makan (f)141

C. Langkah 3 : Penentuan grade pahat dan kecepatan potong

144

D. Langkah 4 : Penyesuaian kecepatan potong sebagai kompensasi dari perbedaan kekerasan bahan benda kerja

147

E. Langkah 5 : Penyesuaian kecepatan potong sebagai kompensasi untuk memperpanjang umur pahat

148

LAMPIRAN 149

iv

Daftar Gambar

HalamanGambar 1.1. Beberapa proses pemesinan : Bubut

(Lathe), Frais (Milling), Sekrap (Planer, Shaper), Gurdi (Drilling), Gerinda (Grinding), Bor (Boring), Pelubang (Punch Press), Gerinda permukaan (Surface Grinding)

4

Gambar 1.2. Sensor jangka sorong yang dapat digunakan untuk mengukur berbagai posisi

5

Gambar 1.3.Jangka sorong dengan penunjuk pembacaan nonius, jam ukur, dan digital

6

Gambar 1.4. Cara membaca skala jangka sorong 7Gambar 1.5. Mikrometer luar, dan mikrometer

dalam7

Gambar 1.6. Cara membaca skala mikrometer 8Gambar 1.7. Berbagai macam pengukuran yang

bisa dilakukan dengan mikrometer : pengukuran jarak celah, tebal, diameter dalam, dan diameter luar

9

Gambar 1.8. Jam ukur (Dial Indicator) 10Gambar 1.9. Pengecekan sumbu mesin bubut

dengan bantuan jam ukur10

Gambar 1.10. Jenis-jenis bentuk beram pada proses pemesinan

Gambar 1.11 . Beberapa bentuk beram hasil proses pemesinan : beram lurus (staright), beram tidak teratur (snarling), helik tak terhingga ( infinite helix), melingkar penuh ( full turns), setengan melingkar (half turns), kecil (tight)

12

12

Gambar 1.12. Gambar dua dimensi terbentuknya beram (chips)

13

Gambar 1.13. Gambar skematis terbentuknya beram yang dianalogikan dengan pergeseran setumpuk kartu

14

Gambar 2.1. Proses bubut rata, bubut permukaan, dan bubut tirus

18

v

Gambar 2.2. Gambar skematis Mesin Bubut dan nama bagian-bagiannya

19

Gambar 2.3 Panjang permukaan benda kerja yang dilalui pahat setiap putaran

20

Gambar 2.4. Gerak makan (f) dan kedalaman potong (a)

20

Gambar 2.5. Proses pemesinan yang dapat dilakukan pada mesin bubut : (a) pembubutan pinggul (chamfering), (b) pembubutan alur (parting-off), (c) pembubutan ulir (threading), (d) pembubutan lubang (boring), (e) pembuatan lubang (drilling), (f) pembuatan kartel (knurling)

21

Gambar 2.6. Geometri pahat bubut HSS (Pahat diasah dengan mesin gerinda pahat).

23

Gambar 2.7. Geometri pahat bubut sisipan (insert) 24Gambar 2.8. Pahat tangan kanan dan pahat tangan

kiri24

Gambar 2.9. Pemegang pahat HSS : (a) pahat alur, (b) pahat dalam, (c) pahat rata kanan, (d) pahat rata kiri, (e) pahat ulir

25

Gambar 2.10. Pahat bubut sisipan (inserts), dan pahat sisipan yang dipasang pada pemegang pahat (tool holders)

25

Gambar 2.11. Standar ISO untuk pahat sisipan 26Gambar 2.12. Gambar skematis proses bubut 27Gambar 2.13. (a) Kekerasan dari beberapa macam

material pahat sebagi fungsi dari temperatur, (b) jangkauan sifat material pahat

29

Gambar 2.14. Benda kerja dipasang diantara dua senter

33

Gambar 2.15. Alat pencekam/pemegang benda kerja proses bubut

34

Gambar 2.16. Benda kerja yang relatif panjang dipegang oleh cekam rahang tiga dan didukung oleh senter putar

35

Gambar 2.17. Beberapa contoh proses bubut 36

vi

dengan cara pencekam-an/pemegangan benda kerja yang berbeda-beda

Gambar 2.18. Cara pemasangan pahat bubut : 1) Posisi ujung pahat pada sumbu benda kerja, 2) panjang pahat diusahakan sependek mungkin

37

Gambar 2.19. Tempat pahat (tool post) : (a) untuk pahat tunggal, (b) untuk empat pahat

38

Gambar 2.20. Gambar benda kerja yang akan dibuat

39

Gambar 2.21. Gambar rencana pencekaman, penya-yatan, dan lintasan pahat

41

Gambar 2.22. Gambar rencana gerakan dan lintasan pahat

42

Gambar 2.23. Gambar rencana pencekaman, penya-yatan, dan lintasan pahat

44

Gambar 2.24. Proses membubut tirus luar dan tirus dalam dengan memiringkan eretan atas, gerakan penyayatan ditunjukkan oleh anak panah

48

Gambar 2.25. Proses membubut tirus luar dengan bantuan alat bantu tirus ( Taper attachment)

48

Gambar 2.26. Bagian kepala lepas yang bisa digeser, dan pembubutan tirus dengan kepala lepas yang digeser

49

Gambar 2.27. Gambar benda kerja tirus dan notasi yang digunakan

50

Gambar 2.28. Nama- nama bagian ulir 51Gambar 2.29. Ulir segi empat 54Gambar 2.30. Pahat ulir metris dan mal ulir untuk

ulir luar dan ulir dalam54

Gambar 2.31. Proses pembuatan ulir luar dengan pahat sisipan

55

Gambar 2.32. Setting pahat bubut untuk proses pembuatan ulir luar

55

Gambar 2.33. Eretan atas diatur menyudut terhadap sumbu tegak lurus benda kerja dan arah pemakanan pahat bubut

57

vii

Gambar 2.34. Pengecekan kisar ulir dengan kaliber ulir

58

Gambar 2.35. Ulir tunggal, ulir ganda dua dan ulir ganda tiga

59

Gambar 2.36. Beberapa jenis bentuk profil ulir 60Gambar 2.37. Alur untuk : (a) pasangan poros dan

lubang, (b) pergerakan baut agar penuh, (c) jarak bebas proses penggerindaan poros

62

Gambar 2.38. Bentuk alur kotak, melingkar, dan V 63

Gambar 2.39. Alur bisa dibuat pada bidang memanjang atau melintang

63

Gambar 2.40. Proses pemotongan benda kerja (parting)

64

Gambar 2.41. Proses pembuatan kartel bentuk lurus dan berlian dan alat pahat kartel

65

Gambar 2.42. Bentuk dan kisar injakan kartel 66Gambar 2.43. Benda kerja dibuat menyudut pada

ujungnya agar tekanan pada pahat kartel menjadi kecil dan penyayatannya lembut.

66

Gambar 2.44. (a) Injakan kartel yang benar, (b) injakan kartel ganda (salah), (c) cinrin yang ada pada benda kerja karena berhentinya gerakan pahat kartel sementara benda kerja tetap berputar.

67

Gambar 3.1. Gambar skematik dari gerakan-gerakan dan komponen-komponen dari (a) mesin frais vertikal tipe column and knee dan (b) mesin frais horisontal tipe column and knee

69

Gambar 3.2. Mesin frais turret vertikal horisontal 70Gambar 3.3. Tiga Klasifikasi proses frais : (a) frais

periperal/ slab milling, (b) frais muka/ face milling, (c) frais jari /end milling

70

Gambar 3.4. (a) frais naik (up milling) dan (b) frais turun (down milling)

71

Gambar 3.5. Pahat frais identik dengan beberapa pahat bubut

72

Gambar 3.6. Berbagai jenis bentuk pahat frais 73

viii

untuk mesin frais horisontal dan vertikalGambar 3.7. Mesin frais tipe Column and knee 74Gambar 3.8. Mesin frais tipe tipe bed 74Gambar 3.9.Mesin frais tipe khusus (special

purposes). Mesin frais dengan dua buah spindel

75

Gambar 3.10. Mesin frais CNC tipe bed (Bed type CNC miling machine)

75

Gambar 3.11. Gambar jalur pahat dari pahat frais menunjukkan perbedaan antara gerak makan per gigi (ft) dan gerak makan per putaran (fr).

77

Gambar 3.12. Bentuk dan nama-nama bagian pahat frais rata

78

Gambar 3.13. Geometri pahat frais selubung HSS 78Gambar 3.14. Standar ISO pahat sisipan untuk

frais (milling)79

Gambar 3.15. Pahat frais bentuk sisipan dipasang pada tempat pahat yang sesuai

80

Gambar 3.16. Gambar skematik arbor mesin frais horisontal

80

Gambar 3.17. (a) Kolet yang memiliki variasi ukuran diameter, (b) Beberapa pemegang pahat dengan kolet dan alat pemasangnya.

81

Gambar 3.18. (a) Pemegang pahat frais ujung (end mill) , (b) pemegang pahat shell end mill

82

Gambar 3.19. Kepala bor (offset boring head) 82Gambar 3.20. (a) Ragum sederhana (plain vise),

(b) Ragum universal yang biasa digunakan pada ruang alat

83

Gambar 3.21. Kepala pembagi (Dividing Head) untu membuat segi banyak, roda gigi, atau helik

84

Gambar 3.22. Meja yang dapat diatur sudutnya dalam beberapa arah, digunakan untuk alat bantu pengerjaan benda kerja yang memiliki sudut lebih dari satu arah

84

Gambar 3.23. (a) Meja putar (Rotary Table) yang bisa digunakan untuk mesin frais vertikal

85

ix

maupun horisontal, (b) Meja putar yang dapat diatur sudutnya.

Gambar 3.24. Berbagai bentuk kelem untuk memegang benda kerja pada meja mesin frais

86

Gambar 3.25. Gambar skematis proses frais vertikal dan frais horisontal

87

Gambar 3.26. Proses frais rata (surface/slab milling)

89

Gambar 3.27. Cara pencekaman benda kerja , bagian kiri pencekaman yang salah (incorrect) dan bagian kanan pencekaman yang benar (correct)

90

Gambar 3.28. Beberapa variasi proses frais yang dilakukan pada mesin frais

92

Gambar 3.29. Proses frais roda gigi dengan mesin frais horisontal

94

Gambar 3.30. Kepala pembagi dan pengoperasiannya

95

Gambar 4.1. Proses gurdi (drilling) 98Gambar 4.2. Gambar skematik : (a) Mesin Gurdi

Vertikal (Vertical drill press) dan Mesin Gurdi Turret CNC

99

Gambar 4.3. (a) Mesin Gurdi Radial (Radial drilling machine), (b) Mesin Gurdi Bangku, dan (c) Mesin Gurdi dan tap CNC (Drilling and Tapping CNC Machine)

100

Gambar 4.4. Proses pembuatan lubang dengan mesin gurdi bisa dilakukan satu per satu atau dilakukan untuk banyak lubang sekaligus

101

Gambar 4.5. Nama-nama bagian mata bor dengan sarung tirusnya

102

Gambar 4.6. Mata bor khusus untuk pengerjaan tertentu

102

Gambar 4.7. Bor senter (center drill) 105Gambar 4.8. Proses kelanjutan setelah dibuat

lubang dengan mata bor : (a) reaming, (b) tapping, (c) counterboring, (d)

106

x

countersinkingGambar 4.9. Cekam mata bor rahang tiga dengan

kapasitas maksimal mata bor 13 mm107

Gambar 4.10. Cekam bor terpasang pada batang tirus, sarung tirus (drill sleeve), dan sambungan sarung tirus (drill socket), dan mata bor yang dipasang pada dudukan pahat gurdi

107

Gambar 4.11. Ragum meja (Table vise), Ragum putar (Swivel vise), dan Ragum sudut (Angle vise) untuk mencekam benda kerja pada mesin gurdi

108

Gambar 4.12. Pemasangan benda kerja sebaiknya tidak terlalu tinggi, dan didukung oleh dua buah parallel

109

Gambar 4.13. Alat bantu pencekaman benda kerja pada meja mesin gurdi : pelat siku ( Angle Plate), Blok dan kelem (V-Block and Clamp), Kelem V (V-Clamp), Kelem C (C-Clamp), Blok bertingkat (Step-Block), Kelem ekor melengkung (Bent-tail Machine Clamp), Kelem jari (Finger Machine Clamp), dan Kelem pengikat (Machine Strap Clamp)

109

Gambar 4.14. Cara pengikatan benda kerja di meja mesin gurdi dengan bantuan kelem dan baut T

110

Gambar 4.15. Gambar Skematis proses gurdi/ drilling

111

Gambar 4.16. (a) Mata bor dengan sudut sisi potong sama tetapi panjangnya berbeda, dan (b) mata bor dengan sudut sisi potong dan panjang sisi potong tidak sama

113

Gambar 4.17. (a) Mata bor dengan sudut sisi potong sama tetapi panjangnya berbeda, dan (b) mata bor dengan sudut sisi potong dan panjang sisi potong tidak sama

114

Gambar 5.1. Penyayatan yang biasa dilakukan 118

xi

pada proses sekrapGambar 5.2. Mesin sekrap horisontal (Shaper) 119Gambar 5.3. Mesin sekrap vertikal ( Slotter) 120Gambar 5. 4. Gambar skematik mesin sekrap meja

(planner) dua kolom120

Gambar 5.5. (a) Mekanisme mekanik (crank mechanism) , (b) mekanisme hidrolik

121

Gambar 5.6. Proses sekrap 122Gambar 6.1. Pemberian cairan pendingin dengan

cara dibanjiri cairan pendingin pada benda kerja

127

Gambar 6.2. Cara pendinginan dengan cairan pendingin disemprotkan langsung ke daerah pemotongan pada proses pembuatan lubang

128

Gambar 6.3. Pemberian cairan pendingin dengan cara mengabutkan cairan pendingin

129

Gambar 6.4. Beram hasil pemotongan tersingkir karena ada aliran cairan pendingin sehingga memudahkan dalam penanganan/ pembersihannya.

130

Gambar 6.5. Peralatan centrifuging untuk cairan pendingin

133

Gambar 7.1. Geometri pahat bubut menurut Sandvik

137

Gambar 7.2. Pahat bubut sedang memotong benda kerja, penentuan panjang sisi potong efektif berdasarkan kedalaman potong dan sudut masuk

140

Gambar 7.3. Pemotongan bertingkat dengan sudut 90o (shoulder)

141

Gambar 7.4. Jejak pahat pada benda kerja yang dibubut dengan pahat yang memiliki radius ujung rε dan gerak makan f

143

Gambar 7.5. Harga Rmax teoritis untuk kombinasi gerak makan dan radius ujung tertentu

143

xii

Daftar Tabel

HalamanTabel 1.1. Faktor konversi satuan imperial menjadi

metris15

Tabel 2.1. Jenis Pahat HSS30

Tabel 2.2. Contoh penggolongan pahat jenis karbida dan penggunaannya

31

Tabel 2.3. Penentuan jenis pahat, geometri pahat, v, dan f ( EMCO)

39

Tabel 2.4. Hasil perhitungan elemen dasar pemesinan Bagian I

43

Tabel 2.5. Hasil perhitungan eleman dasar pemesinan Bagian II

44

Tabel 2.6. Dimensi ulir Metris 52

Tabel 2.7. Dimensi ulir Whitworth53

Tabel 2.8. Kecepatan potong proses bubut rata dan proses bubut ulir untuk pahat HSS

56

Tabel 3.1. Kecepatan potong untuk proses frais untuk pasangan benda kerja dan pahat HSS

91

Tabel 3.2. Tebal beram per gigi untuk beberapa tipe pahat frais dan benda kerja yang dikerjakan (satuan dalam inchi)

91

Tabel 3.3. Urutan nomer pahat frais gigi involute 96

Tabel 4.1. Data material, Kecepatan potong, Sudut mata bor HSS, dan cairan pendingin proses gurdi

102

xiii

Tabel 4.2. Putaran mata bor dan gerak makan pada beberapa jenis bahan untuk berbagai diameter mata bor HSS

112

Tabel 4.3. Kisar ulir dan ukuran diameter mata bor 115

Tabel 6.1. Cairan pendingin yang direkomendasikan untuk beberapa material benda kerja.

132

Tabel 7.1. Panjang sisi potong minimum yang diperlukan

140

Tabel 7.2. Petunjuk untuk gerak makan maksimum 141Tabel 7.3. Konversi harga kekasaran permukaan 144Tabel 7.4. Contoh sebagian data pemesinan dari

katalog pahat Sandvik untuk grade P,M, dan K (Katalog lengkap dapat dilihat pada buku katalog pahat Sandvik)

145

Tabel 7.5. Contoh data pemesinan dari katalog pahat Sandvik untuk Grade N,S, dan H (Katalog lengkap dapat dilihat pada buku katalog pahat Sandvik)

146

Tabel 7.6 Tabel konversi untuk beberapa skala kekerasan

147

Tabel 7.7. Faktor koreksi kecepatan potong untuk kekerasan yang berbeda

148

Tabel 7.8. Faktor koreksi umur pahat 148

xiv

Daftar Lampiran

HalamanLampiran 1. Standar ISO untuk pengkodean

pemegang pahat sisipan150

Lampiran 2. Beberapa macam Mesin Bubut konvensional dan CNC

152

Lampiran 3. Beberapa macam Mesin Frais konvensional dan CNC

156

Lampiran 4. Beberapa macam Mesin Gurdi (Drilling) konvensional dan CNC

159

xv