BENTUK, TOLERANSI, DAN PENYELESAIAN PERMUKAAN

BENTUK, TOLERANSI, DAN PENYELESAIAN PERMUKAAN

Operasi pemesinan digunakan untuk memperoleh produk dengan geometri tertentu yang memiliki toleransi dan penyelesaian permukaan yang baik.

Pembentukan dalam Pemesinan
Produk pemesinan dapat diklasifikasikan dalam dua jenis geometri, seperti ditunjukkan dalam gambar 9.36, yaitu :
(a)    Produk rotasional (gambar 9.36.a) memiliki geometri berbentuk silinder atau piringan. Dalam operasi ini perkakas potong melepaskan material dari bendakerja yang berputar, seperti pada operasi pembubutan dan operasi pengeboran. Penggurdian juga dapat digolongkan dalam katagori ini, tetapi lubang dihasilkan dari perkakas yang berputar.



Gambar 9.36  Dua jenis geometri produk pemesinan (a) produk rotasional (rotational part), dan (b) produk non-rotasional/prismatik (rotational/prismatic part)

(b)    Produk non-rotasional (gambar 9.36.b) memiliki geometri berbentuk balok atau pelat. Geometri produk diperoleh dari gerakan linear bendakerja dikombinasikan dengan gerakan perkakas yang berputar atau bergerak linear. Operasi yang termasuk dalam katagori ini adalah pemfraisan, penyerutan, pengetaman, dan penggergajian.

Operasi dalam Pemesinan
Setiap operasi pemesinan menghasilkan karakteristik geometri karena dua faktor :
-    gerakan relatif antara perkakas dan bendakerja, dan
-    bentuk dari perkakas potong.



Gambar 9.37  Operasi turunan : (a) pembubutan lurus (straight turning), (b) pembubutan tirus (taper turning), (c) pembubutan kontour (cotour turning), (d) pemfraisan datar (plain milling), (e) pemfraisan profil (profile milling).
Berdasarkan hal tersebut di atas maka operasi dapat diklasifikasikan dalam tiga jenis operasi, yaitu :
-    operasi turunan (generating operation),
-    operasi pembentukan (forming operation), dan
-    kombinasi operasi turunan dan operasi pembentukan.

Dalam operasi turunan, geometri produk ditentukan oleh lintasan hantaran/pemakanan perkakas potong, seperti ditunjukkan dalam gambar 9.37.
Dalam operasi pembentukan, bentuk produk ditentukan oleh geometri perkakas potong, karena tepi potong perkakas memiliki bentuk kebalikan dari bentuk permukaan produk yang dibuat, seperti ditunjukkan dalam gambar 9.38.


Gambar 9.38  Operasi pembentukan : (a) pembubutan bentuk (form turning), (b) penggurdian (drilling), (c) pemarutan (broaching).

Operasi turunan dan operasi pembentukan kadang-kadang dikombinasikan, seperti ditunjukkan dalam gambar 9.39.



Gambar 9.39  Kombinasi operasi turunan  dan operasi pembentukan : (a) pemotongan ulir dalam pembubutan (thread cutting on lathe ), (b) pemfraisan celah (slot milling).
Dalam pemotongan ulir bentuk mata potong perkakas menentukan bentuk ulir, tetapi kecepatan hantaran yang besar menghasilkan ulir. Dalam pembentukan celah, lebar pemotong menentukan lebar celah, tetapi gerakan hantaran menghasilkan celah.

Toleransi dalam Pemesinan
Pemesinan sering dipilih bila dikehendaki toleransi yang ketat, karena operasi pemesinan dapat menghasilkan akurasi relatif tinggi dibantdingkan proses pembentukan yang lain. Gambar 9.40 menunjukkan toleransi yang dapat dicapai untuk kebanyakan operasi pemesinan. Semakin ketat toleransi biasanya biaya yang diperlukan lebih besar.


Gambar 9.40  Toleransi yang dapat dicapai dalam operasi pemesinan
Misalnya suatu produk dengan diameter lubang 0,250 in didesain dengan toleransi  0,003 in., maka toleransi ini dapat dicapai dengan operasi penggurdian. Tetapi bila dikehendaki toleransi  0,001 in, maka diperlukan pekerjaan tambahan yaitu reaming sehingga menjadi lebih mahal.

Penyelesaian Permukaan dalam Pemesinan
Penyelesaian permukaan yang dapat dicapai dalam operasi pemesinan ditunjukkan dalam gambar 9.41. Data dalam gambar tesebut menunjukkan penyelesaian yang dapat dicapai dengan menggunakan perkakas mesin yang modern dan dipelihara dengan baik.


Gambar 9.41  Nilai penyelesaian permukaan yang dapat dicapai
dalam berbagai operasi pemesinan

Kekasaran permukaan pemesinan tergantung pada beberapa faktor :
-    geometri,
-    material bendakerja,
-    vibrasi dan perkakas mesin.

Faktor Geometri yang menentukan geometri permukaan bendakerja yang dimesin, seperti ditunjukkan dalam gambar 9.42, adalah :
-    jenis operasi pemesinan,
-    geometri perkakas pemotong (terutama jari-jari ujung / nose radius) (gambar 9.42.a),
-    hantaran/pemakanan (feed) (gambar 9.42.b).

Gambar 9.42  Pengaruh factor-faktor geometri dalam penentuan
penyelesaian permukaan bendakerja

Pengaruh jari-jari ujung dan pemakanan dapat dikombinasikan dalam suatu persamaan (untuk operasi pemotongan dengan perkakas mata tunggal) :



Dimana :     Ri     =  harga rata-rata aritmetik teoritis kekasaran permukaan, in (mm); NR =  jari-jari ujung, in (mm);
    f     =  pemakanan, in (mm).

Untuk operasi frais selubung (slab milling) dengan tepi potong lurus, dapat digunakan persamaan Martelloti :

   

Dimana :     f     = beban serpihan, in/gigi (mm/gigi);
D    = diameterpemotong frais, in (mm);
nt = jumlah gigi pemotong.
Faktor material bendakerja yang mempengaruhi penyelesaian permukaan :
-    pengaruh sisi yang terbangun (BUE),
-    cacat permukaan akibat serpihan yang melingkar kembali ke bendakerja,
-    sobekan yang terjadi pada permukaan bendakerja selama pembentukan serpihan bila material yang dimesin ulet (ductile),
-    retak yang terjadi pada permukaan bendakerja akibat serpihan tidak kontinu bila material yang dimesin getas (brittle),
-    gesekan antara panggul perkakas dan permukaan yang baru dihasilkan.

Gambar 9.43 memperlihatkan rasio kekasaran aktual dan kekasaran ideal sebagai fungsi kecepatan potong.

Gambar 9.43  Rasio kekasaran aktual dan kekasaran ideal
sebagai fungsi kecepatan potong


Prosedur untuk memprediksi kekasaran permukaan aktual dalam operasi pemesinan adalah :
-    hitung harga kekasaran permukaan ideal, dan
-    kalikan harga tersebut dengan rasio kekasaran aktual (actual rougness) terhadap kekasaran ideal (ideal rougness), dengan persamaan :

Ra = rai Ri

Dimana :     Ra     =     harga perkiraan kekasaran aktual, µin (µm);
    rai    =    rasio penyelesaian permukaan aktual terhadap penyelesaian permukaan ideal; dan
    Ri     =     harga kekasaran ideal, µin (µm).

Contoh soal :
Operasi pembubutan dilakukan terhadap baja C1008 (material ulet/ductile) menggunakan perkakas dengan jari-jari ujung = 1/64 in. Kondisi pemotongan adalah kecepatan = 300 ft/min, dan pemakanan f = 0,010 in /rev. Hitung perkiraan kekasaran permukaan dalam operasi ini.
Jawab :
Kekasaran ideal :
 = 0,000067 in = 67 in.

Kekasaran aktual :
Ra = rai Ri
rai = 1,27 (diperoleh dari kurve fig. 25.45)
 Ra = 1,27 x 67 = 85 in.

Faktor vibrasi dan perkakas mesin, termasuk :
-    perkakas mesin,
-    pemahatan, dan
-    penyetelan dalam operasi
Tahapan untuk mengurangi terjadinya vibrasi :
-    tambahkan kekakuan dan atau redaman,
-    operasikan pada kecepatan yang menghasilkan frekuensi yang sesuai dengan frekuensi naturalnya,
-    kurangi hantaran dan kedalaman potong,
-    gantikan desain pemotong untuk mengurangi gaya.