MEKANIKA PERMESINAN

MEKANIKA PERMESINAN

MAHROS DARSIN
Diterjemahkan secara bebas dari Materi
“GROOVER”

Untuk Kuliah Proses Manufaktur

TEORI PERMESINAN LOGAM
1. Tinjauan atas Teknologi Permesinan
2. Teori terjadinya tatal pada permesinan logam
3. Hubungan Gaya dengan Persamaan
Merchant
4. Daya dan Energi yang berhubungan dengan
Permesinan
5. 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

Permesinan
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).


Pemodelan: Mekanisme Pemotongan

depth of cut
Chip
Friction between
Chip forms by tool, chip in this
shear in this region region

Tool

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


Pembubutan

Pahat pemotong tunggal membuang bahan dari
benda kerja yang berputar

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


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

Figure 21.3 (b) drilling,


Milling/Pengefraisan

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.


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

Pahat Potong

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.


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 d
dengan 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 Perkakas
Sebuah 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 Pemotongan orthogonal
Model 2-D yang disederhanakan yang
menjelaskan mekanika permesinan dengan
cukup akurat

Figure 21.6 Orthogonal cutting: (a) sebagai proses 3 dimensi

Rasio Ketebalan Tatal
to
r 
tc

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


Penentuan Sudut Bidang Geser
 Berdasar pada parameter geometris dari
model orthogonal, sudut bidang geser  dapat
ditentukan sebagai:
r cos 
tan  
1  r sin

dengan r = rasio tatal,
dan  = rake angle (sudut serpih)


Regangan Geser pada
Pembentukan Tatal

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
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


Pembentukan tatal

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.

Empat Tipe Dasar Beram pada
Permesinan
1. Tatal tidak kontinyu/ Discontinuous chip
2. Tatal kontinyu/ Continuous chip
3. Tatal kontinyu dengan BUE/ Continuous chip
with Built-up Edge (BUE)
4. Tatal bergerigi/ Serrated chip


Discontinuous 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

Continuous 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 with BUE
 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


Serrated Chip

 Semikontinyu-
tampak seperti mata
gergaji
 Tatal siklis terbentuk
dengan pergantian
regangan geser
tinggi dan rendah
 Dikaitkan dengan
logam sulit dimesin
pada keceptan tinggi
Figure 21.9 (d) serrated.


Gaya-gaya yang Bekerja pada Tatal
 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 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:
F

N

Sudut gesek yang berhubungan dengan
koefisien gesek:
  tan 


Tegangan Geser
Tegangan geser bekerja sepanjang bidang geser:
Fs
S
As

Dengan As = luas bidang geser
t ow
As 
sin

Tegangan geser = tegangan geser benda kerja
selama pemotongan


Gaya Pemotongan dan Gaya Thrust
 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
©2007 John Wiley & Sons, Inc. M P Groover, Fundamentals of Modern Manufacturing 3/e bekerja
logam: (b) gaya-gaya yang
pada pahat yang dapat diukur

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 cos
N = Fc cos - Ft sin
Fs = Fc cos - Ft sin
Fn = 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:
 
  45  
2 2
 Persaman tersebut diturunkan oleh Eugene
Merchant
 Persamaan berdasar pemotongan orthogonal,
namun masih tetap valid untuk permesinan 3-
dimensi


Apa yang dikatakan oleh persamaan
Merchant

 
  45  
2 2

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


Pengaruh Sudut Bidang Geser yang Besar
 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

Hubungan Daya dan Energi
 Operasi permesinan memerlukan daya
 Daya untuk permesinan dapat dihitung dari:
Pc = Fc v
dengan 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)
Fcv
HPc 
33,000

where HPc = cutting horsepower, hp


 Daya kotor untuk mengoperasikan mesin
perkakas Pg atau HPg diberikan oleh:

Pc or HPc
Pg  HPg 
E E

dengan E = efisiensi mekanis mesin perkakas
 Typical E untuk mesin perkakas  90%


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
PU =
Pc or HP = HPc
u
RMR RMR

Dengan RMR = material removal rate


Energi Spesifik pada Permesinan
Unit daya juga dikenal sebagai Energi spesifik U

Pc Fc v
U = Pu = =
RMR vt ow

Unit untuk energi spesifik umumnya dalam
N-m/mm3 atau J/mm3 (in-lb/in3)


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 pahat
2. Memproduksi tatal panas yang
membahayakan keselamatan operator mesin
3. 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:
0.333
0.4U  vt o 
T  
C  K 
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

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


MEKANIKA PERMESINAN

Recommandé

Recommandé

Contenu connexe

Tendances

Tendances (20)

En vedette

En vedette (12)

Similaire à MEKANIKA PERMESINAN

Similaire à MEKANIKA PERMESINAN (20)

Plus de Mahros Darsin

Plus de Mahros Darsin (20)

MEKANIKA PERMESINAN