Bahan Kuliah Proses Manufaktur

1. C – TEKNOLOGI PERKAKAS
PEMOTONG
1. Umur pahat
2. Bahan pahat
3. Geometri pahat
4. Fluida permesinan

2. Teknologi Perkakas
Dua aspek penting:
1. Material pahat
2. Geometri pahat

3. Tiga model kegagalan pahat
1. Kegagalan Patah (Fracture failure)
◦ Gaya potong menjadi berlebihan dan/atau
dinamis, yang mengarah ke patah getas
2. Kegagalan suhu (Temperature
failure)
◦ Suhu pahat terlalu tinggi untuk bahan pahat
3. Keausan Bertahap (Gradual wear)
◦ Keausan bertahap pada pahat

4. Model yang lebih disukai: keausan
bertahap
 Gagal patah dan gagal suhu
keduanya adalah kegagalan prematur
 Keausan bertahap lebih disukai
karena ianya mengarah pada
kemungkinan penggunaan pahat yang
lebih lama.
 Keausan bertahap terjadi pada dua
lokasi pada pahat:
◦ Crater wear – terjadi pada permukaan atas
(rake)
◦ Flank wear – terjadi pada flank (sisi samping

5. Keausan pahat
Diagram keausan pahat, menunjukkan lokasi prinsipil dan jenis
keausan yang terjadi

6. Crater wear, (atas), dan
flank wear (kanan) pada
pahat cemented carbide,
seperti terlihat pada sebuah
toolmaker's

7. Keausan pahat vs. waktu
Keausan pahat sebagai fungsi waktu pemotongan. Flank
wear (FW) dipakai sebagai ukuran keausan pahat di
sini. Crater wear memiliki kurva pertumbuhan curva
yang.

8. Efek kecepatan potong
Efek kecepatan potong terhadap tool flank wear (FW) untuk tiga
kecepatan yang berbeda, menggunakn kriteria umur pahat 0.50
mm flank wear.

9. Umur Pahat vs. kecepatan potong
Plot Natural log-log kecepatan potong vs umur pahat

10. Persamaan Umur Pahat
Taylor
Hubungan diberikan oleh F. W.
n Taylor
vT C
Dengan v = kecepatan
potong; T = umur pahat; n dan
C adalah parameter yang
bergantung pada pemakanan,
kedalaman potong bahan BK,
bahan pahat dan kriteria umur
pahat yang digunakan
 n adalah slope/kemiringan
dari plot
 C adalah intersep pada
sumbu kecepatan pada umur
pahat satu menit

11. Kriteria umur pahat pada
produksi
1. Kegagalan komplit pada ujung pahat
2. Inspeksi visual dari flank wear (atau
crater wear) oleh operator
3. Fingernail test (uji kuku jari) melintang
ujung pahat
4. Perubahan suara yang dipancarkan
oleh operasi
5. Tatal berubah seperti pita, memanjang
dan sulit dibuang
6. Degradasi permukaan akhir
7. Naiknya daya
8. Jumlah benda kerja
9. Waktu pemotongan kumulatif

12. Bahan Pahat
 Mode kegagalan pahat mengindifikasi
sifat penting yang harus dimiliki bahan
pahat:
◦ Toughness /ketangguhan - untuk menghindari
kegalan patah
◦ Hot hardness - kemampuan untuk tetap keras
pada sudu tinggi
◦ Wear resistance - kekerasan adalah sifat
terpenting untuk menhan abrasi (pengikisan)

13. Hot Hardness
Tipikal hubungan hot
hardness untuk bahan
pahat terpilih. Plain carbon
steel menunjukkan
kehilangan keras dengan
cepat seiring kenaikan
suhu. High speed steel
menunjukkan performa
yang lebih baik,
sementara cemented
carbides dan ceramics
secara nyata lebih keras
pada suhu tinggi.

14. Tipikal nilai n dan C
Tool material n C (m/min) C (ft/min)
High speed steel:
Non-steel work 0.125 120 350
Steel work 0.125 70 200
Cemented carbide
Non-steel work 0.25 900 2700
Steel work 0.25 500 1500
Ceramic
Steel work 0.6 3000 10,000

15. High Speed Steel (HSS)
Baja paduan tinggi mamapu
mempertahankan kekerasan pada
suhu tinggi lebih baik dari baja
karbon tinggi dan baja paduan
rendah steels
 Salah satu bahan pahat yang
terpenting
 Sangat sesuia diterapkan untuk
geometri pahat yang rumit, seperti
drills, taps, milling cutters, dan
broaches
 Dua tipe dasar (AISI)
1. Tungsten-type, designated T- grades (jenjang
T)
2. Molybdenum-type, designated M-grades

16. Komposisi High Speed Steel
 Tipikal isi paduan:
◦ Tungsten dan/atau Molybdenum
◦ Chromium d anVanadium
◦ Carbon, tentunya
◦ Cobalt pada jenjang tertentu
 Komposisi tipikal (Grade T1):
◦ 18% W, 4% Cr, 1% V, and 0.9% C

17. Cemented Carbides
Kelas bahan pahat keras berbasis pada
tungsten carbide (WC) menggunakan
teknik metalurgi serbuk dengan cobalt
(Co) sebagai binder
 Dua tipe dasar:
1. Non-steel cutting grades - hanya WC-Co
2. Steel cutting grades - TiC dan TaC
ditambahkan ke WC-Co

18. Cemented Carbides – sifat
umum
 compressive strength tinggi, namun
tensile strength rendah sd.
menengah
 Kekerasan tinggi (90 - 95 HRc)
 hot hardness bagus
 wear resistance bagus
 Konduktivitas thermal tinggi
 Modulus elastisitas tinggi 600 x 103
MPa
 Ketangguhan lebih rendah daripada
high speed steel

19. Non-steel Cutting Carbide
Grades
 Dipakai untuk logam nonfero besi
tuang kelabu
 Sifat ditentukan oleh ukuran butir
kandungan cobalt
◦ Jika ukuran butir meningkat, kekerasan dan hot
hardness turun, tetapi ketangguhan naik
◦ Jikan kandungan cobalt meningkat, ketangguhan
meningkat seiring kekerasan dan ketahanan aus.

20. Steel Cutting Carbide Grades
 Digunakan untuk baja karbon
rendah, baja tahan karat dan
baja paduan lainnya
 TiC dan/atau TaC
disubstitusikan untuk bbrp WC
 Kompoisisi meningkatkan
ketahanan crater wear untuk
memeotong baja
◦ Namun sebailknya memengaruhi
ketahanan flank wear untuk memotong
non baja

21. Cermets
Kombinasi dari TiC, TiN, dan titanium
carbonitride (TiCN), dengan nickel
dan/atau molybdenum sebagi binders.
 Bebapa kimia lebih rumit
 Aplikasi: penghalusan cepat dan
semifinishing untuk baja, stainless
steels, dan besi tuang
◦ speeds lebih tinggi dan feed lebih rendah dari
pada steel-cutting carbide grades
◦ Permukaan akhir lebih bagus bisa dicapai,
seringkali menghilangkan kebutugan untuk
penggerindaan

22. Coated Carbides
Cemented carbide insert coated dengan
satu atau lebih lapisan tipis bahan
tahan aus, seperti TiC, TiN, dan/atau
Al2O3
 Pelapisan diterapkan dengan chemical
vapor deposition atau physical vapor
deposition
 Tebal pelapisan = 2.5 - 13 m (0.0001
to 0.0005 in)
 Aplikasi: besi tuang dan baja untuk
pembubutan dan pemfrisan
 Paling baik diterpakan pada kecepatan
tinggi ketika gaya dinamis dan gaya
kejut thermal rendah

23. Coated Carbide Tool
Photo micro
penampang
lintang
pelapisan
jamak pada
cemented
carbide tool

24. Ceramics
Pada dasarnya Al2O3 butir halus ditekan
dan disinter pada suhu tinggi ke bentuk
sisipan “insert” tanpa binder
 Aplikasi: pembubutan kecepatan tinggi
untuk besi tuang dan baja
 Tidak direkomendaikan untuk
pemotongan dengan interupsi tinggi
(mis. Pemfrisan kasar) karena
ktengguhannya rendah
 Al2O3 juga dipaki secara luas pada
penggerindaan abrasif

25. Synthetic Diamonds (Intan
Sintetis)
Sintered polycrystalline diamond
(SPD) – difabrikasi dengan
penyinteran kristal intan dengan
butiran sangat bagus dibawah
suhu dan tekanan tinggi ke bentuk
yang diinginkan dengan sedikit
atau tanpa binder
 Biasanya digunakan sebagai
pelapisan (tebal 0.5 mm) pada
pahat sisipan WC-Co
 Aplikasi: permesinan kecepatan
tinggi pada fiberglass, graphite,
dan kayu
◦ Tidak untuk memotong baja

26. Cubic Boron Nitride
 cubic boron nitride (cBN) adalah
bahan terkeras setelah intan
 Fabrikasi menjadi pahat sisipan sama
seperti SPD: pelapisan atas pahat
sisipan WC-Co
 Aplikasi: baja permesinan dan paduan
berbasis nickel
 Pahat SPD dan cBN keduanya mahal

27. Geometri Pahat
Dua kategori:
 Single point tools (pahat
matatunggal)
◦ Untuk pembubutan, peluasan luabnag,
penyekrapan dan pengetaman
 Multiple cutting edge tools (pahat
mata potong jamak)
◦ Digunakan untuk penggurdian, reaming,
tapping, pemfrisan, broaching, dan
penggergajian

28. Twist Drill
 Ujung twist drill mempunyai dua pemotong
 Sudut ujung pada twist drill konvensional adalah
118°
 Margins adalah ujung luar dari alur (flutes) dan
selalu digerinda menyesuaikan diameter drill

29. Twist Drills
 Fitur penting pada penggurdian adalah
veriasi kecepatan potong sepanjang
ujung pemotong. Kecepatan maksimum
pada selubung luar, yang
membangkitakan permukaan silindris,
dan mendekati nol pada pusat puataran
drill ketika ujung pemotong diputar ke
bentuk pahat
 Drills are slender, highly stressed tools,
the flutes of which have to be carefully
designed to permit chip flow while
maintaining adequate strength.

30. Twist Drill Operation -
Problems
 Chip removal
◦ Flutes must provide sufficient clearance to allow
chips to be extracted from bottom of hole during
the cutting operation
 Friction makes matters worse
◦ Rubbing between outside diameter of drill bit and
newly formed hole
◦ Delivery of cutting fluid to drill point to reduce
friction and heat is difficult because chips are
flowing in opposite direction

31. Cutting Fluids
Any liquid or gas applied directly to machining operation to improve
cutting performance
 Two main problems addressed by cutting fluids:
1. Heat generation at shear and friction zones
2. Friction at tool-chip and tool-work interfaces
 Other functions and benefits:
◦ Wash away chips (e.g., grinding and milling)
◦ Reduce temperature of workpart for easier handling
◦ Improve dimensional stability of workpart

32. Cutting Fluid Functions
Cutting fluids can be classified
according to function:
 Coolants - designed to reduce effects
of heat in machining
 Lubricants - designed to reduce
tool-chip and tool-work friction

33. Coolants
 Water used as base in coolant-type
cutting fluids
 Most effective at high cutting speeds
where heat generation and high
temperatures are problems
 Most effective on tool materials that
are most susceptible to temperature
failures (e.g., HSS)

34. Lubricants
 Usually oil-based fluids
 Most effective at lower cutting speeds
 Also reduce temperature in the
operation

35. Dry Machining
 No cutting fluid is used
 Avoids problems of cutting fluid
contamination, disposal, and filtration
 Problems with dry machining:
◦ Overheating of tool
◦ Operating at lower cutting speeds and production
rates to prolong tool life
◦ Absence of chip removal benefits of cutting fluids
in grinding and milling

36. Gear Cutting
 Gear cutting is the process of creating a gear. The most
common processes include hobbing, broaching, and
machining; other processes include shaping, forging,
extruding, casting, and powder metallurgy.
 Hobbing is a machining process for making gears, on a
hobbing machine,
 The teeth or splines are progressively cut into the
workpiece by a series of cuts made by a cutting tool called
a hob.
 Compared to other gear forming processes it is relatively
inexpensive but still quite accurate, thus it is used for a
broad range of parts and quantities

37. Hobbing

38. Hobbing Process
 The two shafts are rotated at a
proportional ratio, which determines
the number of teeth on the blank; for
example, if the gear ratio is 40:1 the
hob rotates 40 times to each turn of
the blank
 The hob is then fed up into workpiece
until the correct tooth depth is
obtained.
 Finally the hob is fed into the
workpiece parallel to the blank's axis
of rotation

39. Hobbing Process
 Hobbing uses a hobbing machine with
two non-parallel spindles, one mounted
Video – Gear Hobbing with a blank workpiece and the other
with the hob.
 The angle between the hob's spindle
and the workpiece's spindle varies,
depending on the type of product being
produced.
 If a spur gear is being produced, then
the hob is angled equal to the helix
angle of the hob; if a helical gear is
being produced then the angle must be
increased by the same amount as the
helix angle of the helical gear

40. Hob
 The hob is the cutter used to cut the
teeth into the workpiece.
 It is cylindrical in shape with helical
cutting teeth. These teeth have
grooves that run the length of the
hob, which aid in cutting and chip
removal.
 The cross-sectional shape of the
hob teeth are almost the same
shape as teeth of a rack gear that
would be used with the finished
product