keausan dan umur pahat

PENDAHULUAN

A.    Latar Belakang

Selama proses permesinan berlangsung terjadi interaksi antara pahat dengan benda kerja dimana benda kerja terpotong sedangkan pahat mengalami gesekan. Gesekan yang dialami pahat oleh permukaan geram yang mengalir dan permukaan benda kerja yang telah terpotong. Akibat gesekan ini pahat mengalami keausan. Keausan pahat ini akan makin membesar sampai batas tertentu sehingga pahat tidak dapat dipergunakan lagi atau pahat telah mengalami kerusakan. Lamanya waktu untuk mencapai batas keausan ini yang didefinisikan sebagai umur pahat (Tool Life). Data mengenai umur pahat ini sangat diperlukan dalam perencanaan proses permesinan suatu komponen/produk.Contoh pada produksi komponen keberapa pahat harus diganti, ini dapat diketahui dengan menghitung waktu total yang diperlukan untuk memotong satu produk kemudian dibandingkan dengan umur pahat yang dipakai. Contoh lain sampai batas keausan yang bagaimana dari pahat sehingga tidak mengganggu ketelitian produk yang dihasilkan, karena diketahui bahwa pahat yang mengalami keausan akan mempengaruhi ketelitian produk yang dihasilkan.

Umur pahat dapat diketahui dari brosur atau katalog yang dikeluarkan oleh produsen/penjual pahat, tetapi katalog ini tidak menginformasikan dengan jelas dan lengkap tentang pemakaian untuk pemotongan bendakerja apa. Umur pahat dapat juga diketahui dari Buku Pegangan Data Permesinan.

Umur Pahat secara pasti diketahui dari hasil pengujian permesinan (secara empiris) untuk pasangan material bendakerja dan pahat tertentu

Jenis material benda kerja yang berbeda akan memberikan umur pahat yang berbeda juga. Dalam

aplikasinya pahat digunakan untuk memotong berbagai macam benda kerja. Jadi untuk setiap pahat dan setiap material benda kerja harus mempunyai data umur dan kondisi pemotongan tertentu dalam setiap perencanaan proses permesinan. Berdasarkan latar belakang ini orang

melakukan penelitian untuk setiap pahat dan material benda kerja yang digunakan untuk

mendapatkan data umur dan kondisi permesinan. Salah satu dari penelitian mengenai umur pahat

adalah yang dilakukan oleh Amber Pawlik at. al., (2002)[1] dimana umur pahat dianalisa dengan

menggunakan Persamaan Rumus Pahat Taylor. Dalam penelitian ini variabel proses permesinan

yakni putaran spindel divariasikan menjadi 3 tingkatan dengan gerak potong dan kedalaman

potong konstan. Dari penelitiannya diperoleh persamaan rumus Taylor adalah V.T0.2574 = 521.4. Proses bubut merupakan salah satu proses permesinan untuk menghasilkan produk berbentuk silindrik. Gerak potong pada proses bubut dilakukan oleh bendakerja dan gerak makan dilakukan oleh pahat .

Umur pahat ini sangat dipengaruhi oleh berbagai macam variabel proses, yakni jenis proses

permesinan, material benda kerja dan pahat, geometri pahat, kondisi permesinan/pemotongan dan cairan pendingin (coolant) yang dipergunakan.

  

B.     RUMUSAN MASALAH

Berdasarkan latar belakang diatas, penyusun merumuskan masalah sebagai berikut

1.      Bagaimana menentukan umur pahat?

2.      Apa penyebab keausan pahat?

3.       

4.       

C.    TUJUAN MAKALAH

1.      Dapat menentukan umur pemakaian pahat sebelum terjadi keasuan.

2.      Mengetahui penyebab terjadinya keausan pahat.

3.      Menambah wawasan tentang pahat.

4.       

BAB II

PEMBAHASAN

Keausan Dan Umur Pahat

A.    Keasusan

HSS (HightSpeed Steel) merupakan salah satu dari material pahat yang mempunyai keuletan yang relatif baik sehingga masih sering digunakan. Sifat hot hardness dan recorvery hardness yang cukup tinggi pada HSS dapat dicapai berkat adanya unsur paduan W, Cr, V, Mo dan Co. Pengaruh unsur tersebut dengan unsur dasarnya besi (Fe) dan karbon (C) adalah :

v  Tungsen/Wolfram (W)

Unsur ini dapat membentuk karbida yaitu paduan yang sangat keras (Fe4W4C) yang menyebabkan kenaikan temperature untuk proscs hardening dan tempering. Dengan demikian hot hardness dipertinggi.

v  Chronium (Cx)

Menaikkan hardenability dan hot hardness. Chrom merupakan elemen pembentuk karbida, akan tetapi Cr menaikkan sesitivitas terhadap overhearing.

v  Vanadium (V)

Menurunkan sensitivitas terhadap overhearing serta menghaluskan besar butir. Vanadium juga merupakan elemen pembentuk karbida.

v  Molybdenum (Mo)

Mempunyai efek yang sama seperti W akan tetapi lebih terasa (2% W dapat diperhatikan oleh 1% Mo). Dengan menambahkan 0,4% sampai 0,9% Mo dan HSS dengan paduan utama W (W-HSS) dapat dihasilkan HSS yang mampu dikeraskan di udara (air hardening properties). Selain itu Mo-HSS lebih liat sehingga mampu menahan beban kejut.

v  Cobalt (Co)

Bukan elemen pembentuk karbida. Ditambahkan dalam HSS untuk menaikkan hot hardness dan tahanan keausan. Besar butir menjadi lebih halus sehingga ujung ujung yang runcing tetap terpelihara selama heat treatment pada temperature tinggi.

            Keausan dan kerusakan pada pahat terjadi akibat suatu factor atau gabungan dari beberapa factor dominan berupa proses abrasive, proses kimiawi, proses adhesi, oksidasi, proses deformasi plastic dan proses keretakan dan kelelahan, Jenisn keausan pada pahat terdiri atas keausan kawah (creater wear) yang terjadi pada bidang geram dan keausan tepi (flank wear) yang terjadi pada bidang utama pada pahat.

            Semakin besar keausan yang terjadi pada pahat maka kondisi pahat akan semakin kritis. Jika pahat tersebut masih tetap digunakan maka pertumbuhan keausan akan semakin cepat dan pada suatu saat ujung pahat sama sekali akan rusak untuk menghindari hal tersebut ditetapkan suatu batas harga kehausan (dimensi dari keausan tepi atau keausan kawah) yang dianggap sebagai batas kritis dimana pahat tidak boleh digunakan. Berdasarkan pengalaman batas keausan yang diijinkan bagi suatu jenis pahat yang digunakan. Ditujukan table berikut :

Gambar 1 Batas Keausan Kritis pahat dan benda kerja yang dimensi

Gambar 2 Keausan Kawah dan Keausan Tepi Pahat Mata Tunggal

Bidang Aktif Pahat yang Mengalami Kerusakan/Keausan

Selama proses pembentukan geram berlangsung,pahat dapat mengalami kegagalan dari fungsinya yang normal karena berbagai sebab antara lain:

a. Keausan yang secara bertahap membesar(tumbuh) pada bidang aktif pahat.

b. Retak yang menjalar sehingga menimbulkan patahan pada mata potong pahat.

c. Deformasi plastik yang akan mengubah bentuk/geometri pahat.

Jenis kerusakan yang terakhir di atas jelas disebabkan tekanan temperatur yang tinggi pada

bidang aktif pahat dimana kekerasan dan kekuatan material pahat akan turun bersama naiknya

temperatur.

Keausan dapat terjadi pada bidang geram (Aγ)

dan/atau pada bidang utama (Aα) pahat (Gambar 3).

Keausan dibedakan jadi 2 macam yaitu:

- Keausan kawah (crater wear)

- Keausan tepi (flank wear)

Mekanisme Keausan & Kerusakan Pahat

Berdasarkan hasil-hasil penelitian mengenai keausan dan kerusakan pahat dapat disimpulkan

bahwa penyebab keausan dan kerusakan pahat dapat merupakan suatu faktor yang dominan atau

gabungan beberapa faktor tertentu. Faktor-faktor penyebab tersebut antara lain:

- Proses Abrasif

- Proses Kimiawi

- Proses Adhesi

- Proses Difusi

- Proses Oksidasi

- Proses Deformasi Plastik

- Proses Keretakan, dan Kelelahan

B.     Umur Pahat

umur pahat dapat didefinisikan sebagai lamanya waktu yang diperlukan untuk mencapai batas keausan yang ditetapkan. Saat proses permesinan berlangsung bahwa pahat telah mencapai batas keausan yang telah ditetapkan (umurnya) dari kriteria berikut:

- Adanya kenaikan gaya potong,

- Terjadinya getaran/chatter,

- Penurunan kehalusan permukaan hasil permesinan, dan/atau

- Perubahan dimensi/geometri produk.

Dengan menentukan kriteria saat habisnya umur pahat seperti di atas, maka umur pahat dapat

ditentukan yaitu mulai dengan pahat baru (setelah diasah atau insert telah diganti) sampai pahat yang bersangkutan dianggap tidak bisa digunakan lagi. Dimensi umur dapat merupakan besaran waktu, yang dapat dihitung secara langsung maupun secara tidak langsung dengan mengkorelasikan terhadap besaran lain. Hal tersebut dimaksudkan untuk mempermudah prosedur perhitungan sesuai dengan jenis pekerjaan yang dilakukan.

Umur pahat merupakan seluruh waktu pemotongan (tc) sehingga dicapai batas keausan yang telah ditetapkan (VB maks = 0,2 mm). Pertumbuhan keausan pahat pada kecepatan potong yang berbeda sampai batas kritis keausan pahat Karbida. Umur pahat dapat ditentukan secara Analisis Empiris yakni dengan menggunakan persamaan umur pahat Taylor, selain itu juga dapat diperkirakan dengan Analisis Pendekatan secara grafis.

Bahwa dengan meningkatnya kecepatan potong (Vc) maka keausan pahat akan meningkat juga dan umur pahat akan menurun. Jadi dengan semakin landai grafik hasil pengujian maka umur pahat akan semakin panjang, begitu juga sebaliknya semakin tajam grafik hasil pengujian maka umur pahat akan semakin pendek.

Umur pahat dapat ditentukan dari kecepatan potongnya. bahwa semakin besar kecepatan potong maka umur pahat semakin pendek. Dimana dari grafik terlihat umur pahat yang paling panjang terjadi pada kecepatan potong rendah (Vc = 54,259 m/min) dan umur pahat yang paling singkat terjadi pada kecepatan potong yang tinggi (Vc = 170,816 m/mm).

Kekasaran permukaan benda kerja bergantung pada kecepatan potongnya. semakin besar kecepatan potong maka kekasaran permukaan benda kerja semakin kecil. Bila kecepatan potong (Vc = 170,816 m/mm) maka nilai kekasaran permukaannya (Ra = 0,8 μ m). Sedangkan kecepatan potong (Vc = 54,259 m/min) maka nilai kekasaran permukaannya (Ra =3,2μ m).

Metoda Pengukuran

a. Pengaruh variasi kecepatan potong terhadap umur pahat

Dilakukan dengan cara mengukur keausan untuk setiap variasi kecepatan potong. Hasil pengukuran dapat ditampilkan berupa grafik. Grafik yang dihasilkan merupakan hubungan antara dimensi keausan VB (sumbu Y) dan waktu pemotongan tc (sumbu X). Penentuan umur pahat (T1) pada kecepatan potong (v1) dimana kriteria saat berakhirnya umur pahat adalah harga keausan tepi (VB mak) = 0.2 mm.

b. Penentuan harga eksponen n dan konstanta CT

Dapat dilakukan dengan menggunakan analisa pendekatan secara grafis dengan menggunakan grafik hubungan antara umur pahat dengan kecepatan potong dengan menggunakan skala

dobel logaritma. Konstanta CT ditentukan secara ekstrapolasi yaitu pada harga T=1 minit dan

harga eksponen n merupakan kemiringan garis regresi liner.

c. KeausanTepi

Alat yang digunakan untuk mengukur keausan tepi pahat adalah Mitutoyo Toolmaker Microscope. Pengukuran keausan tepi dilakukan dengan meletakkan dasar pahat pada meja ukur, dimana bidang mata potong Ps diatur sehingga tegak lurus sumbu optik. Dalam hal ini besarnya keausan tepi dapat diketahui dengan mengukur panjang VB (mm), yaitu jarak antara mata potong sebelum terjadi keausan (mata potong terdekat dipakai sebagai referensi) sampai ke garis rata-rata bekas keausan pada bidang utama.

d. Keausan Kawah

Keausan kawah dapat diukur dengan menggunakan alat ukur kekasaran permukaan. Dalam hal ini jarum/sensor digeserkan pada bidang geram dengan sumbu pergeseran diatur sehingga sejajar dengan bidang geram. Cara pengukurannya adalah benda kerja diletakkan di meja mesin kemudian sensor alat ukur digerakkan di atas permukaan yang akan diukur. Pengukuran dilakukan dibeberapa tempat/ daerah sebanyak tiga kali dan hasil pengukuran dirata-ratakan. Pengukuran dilakukan dengan arah sudut 90° terhadap arah pengasahan/ penggerindaan permukaan bidang geram.

            Penentuan umur pahat didasarkan persamaan umur pahat yang dikemukakan oleh F.W Taylor (1970) yang dituliskan sebagai berikut,

vT = Ct

dimana :

            v          = Kecepatan potong, m/min

            T          = Unsur pahat, menit

            n          = Pangkat untuk umur pahat

            Ct        = Konstanta Taylor (umur pahat)

            Dari hasil penelitian dengan menggunakan berbagai macam kombinasi pahat dan benda kerja serta dilakukan pada berbagai kondisi pemotongan, secara lebih umum konstanta Taylor dapat dituliskan seperti rumus empiric berikut :

Ct = Ctvb(VB)^m

H^p.b^q

Dimana :

            VB      = Keauasan tepi yang dianggap sebagaibatas saat berakhirnya umur pahat,mm

            m         = Pangkat untuk batas keausan

            h          = Tebal geram sebelum terpotong (=f), mm

            p          = Pangkat untuk tebal sebelum terpotong

            b          = Lebar pemotongan (=a), mm

            q          = Pangkat bagi lebar pemotongan

            _Crvb       = Kecepatan potong ekstrapolatif (m/min) yang secara teoritik menghasilkan unsur pahat sebesar 1 menit, untuk VB = h = b = 1 mm.

Bilapersamaan (a) dan (b) digabungkan,akan menjadi relasi berikut :

vT = C_TVB(VB)^mh^-pb^-q

dimana :

            v          = Kecepatan potong

            T          =Umur pahat,menit

            n          = Pangkat untuk unsur pahat

            VB      = Keausan tepi yang dianggap sebagai batas saat  berakhir umur pahat,mm

            m         = Pangkat untuk batas keausan

            h          = Tebal geram sebelum terpotong(gerak makan;f), mm

            p          = Pangkat untuk tebal sebelum terpotong

            b          = Lebar pemotongan (Kedalaman potong; a),mm

            q          =Pangkat lebar pemotongan

            C_TVB    = Kecepatan potong ekstrapolatif (m/min) yang secara teoritik menghasilkan unsur pahat sebesar 1 menit, untuk VB = h = b = 1 mm.