Proses Pembuangan Bahan Metal Removal Process

9 Z = kecepatan penghasilan geram ; dm 3 min f = gerak makan ; mmr a = kedalaman potong ; mm v = kecepatan potong ; mmin Pada Gambar 2.9 diperlihatkan sudut potong utama κ r , principal cutting edge angle yaitu merupakan sudut antara mata potong mayor dengan kecepatan makan v f . Besarnya sudut tersebut ditentukan oleh geometri pahat dan cara pemasangan pahat pada mesin perkakas orientasi pemasangannya. Untuk harga a dan f yang tetap maka sudut ini menentukan besarnya lebar pemotongan. b, widh of cut dan tebal geram sebelum terpotong h, underformed chip thicknes sebagai berikut: a. Lebar pemotongan : b = a sin κ r ; mm, …..……………2.8 b. Tebal geram sebelum terpotong : h = f sin K r ; mm, …...……………2.9 Dengan demikian penampang geram sebelum terpotong dapat dituliskan sebagai berikut : A = f . a = b . h ;mm 2 …………2.10 Perlu dicatat bahwa tebal geram sebelum terpotong h belum tentu sama dengan tebal geram hc, chip thicknes dan hal ini antara lain dipengaruhi oleh sudut geram, kecepatan potong dan material benda kerja.

2.2 Proses Pembuangan Bahan Metal Removal Process

Ada banyak ragam operasi pembuangan bahanmaterial yang menggunakan geometri pahat yang berbeda dan hubungan kinematik antara kerja Universitas Sumatera Utara 10 dan pahat. Beberapa operasi pembuangan material yang utama adalah sebagai berikut : 1. Proses turning menghasilkan permukaan silinder 2. Proses milling menghasilkan permukaan yang datar dan permukaan dengan geometri yang kompleks 3. Proses boring, drilling, reaming menghasilkan bentuk lubang Bahan yang terbuang dapat diasumsikan sebagai geram. Geram yang terbentuk pada proses pemesinan, awalnya diperkirakan terbentuk karena adanya retak mikro micro track yang timbul pada benda kerja tepat diujung pahat pada saat pemotongan dimulai. Dengan bertambahnya tekanan pahat, retak tersebut menjalar kedepan sehingga terjadilah geram, lihat gambar 2.2. Gambar 2.2 Teori tradisional awal yang menerangkan terjadinya geram Sumber : Rochim, 1993 Berkat hasil berbagai penelitian, anggapan mengenai pembentukan geram ini sekarang sudah ditinggalkan. Logam yang pada umumnya bersifat ulet duktile apabila mendapat tekanan akan timbul tegangan stress didaerah disekitar konsentrasi gaya penekanan mata potong pahat. Tegangan pada logam Universitas Sumatera Utara 11 benda kerja tersebut mempunyai orientasi yang kompleks dan pada salah satu arah akan terjadi tegangan geser shearing stress yang maksimum. Apabila tegangan geser ini melebihi kekuatan logam yang akan terjadi deformasi plastik perubahan bentuk yang menggeser dan memutuskan benda kerja diujung pahat pada suatu bidang geser shear plane. Bidang geser mempunyai lokasi tertentu yang membuat sudut terhadap vektor kecepatan potong dan dinamakan sudut geser shear angle , Φ, lihat Gambar 2.3. Gambar 2.3 Teori modern yang dianut yang menerangkan terjadinya geram Sumber : Rochim, 1993

2.2.1 Komponen Gaya Pembentukan Geram

Suatu analisis mekanisme pembentukan geram yang dikemukakan oleh Merchant mendasarkan teorinya atas model pemotongan sistem tegak Orthogonal System. Sistem gaya yang bekerja pada proses pemotongan logam dipandang hanya pada satu bidang bukan ruang maka gaya total yang bekerja dapat diuraikan menjadi dua komponen gaya yang saling tegak lurus. Tergantung pada cara penguraian dalam hal ini dapat dikemukakan tiga cara yaitu, 1. Gaya total F, ditinjau dari proses deformasi material, dapat diuraikan menjadi dua komponen yaitu, Universitas Sumatera Utara 12 a. Gaya geser F s yang mendeformasikan material pada bidang geser sehingga melampaui batas elastik. b. Gaya normal pada bidang geser F sn yang menyebabkan pahat tetap menempel pada benda kerja. 2. Gaya total F dapat diketahui arah dan besarnya dengan cara membuat dinamometer alat ukur gaya dimana pahat dipasang padanya dan alat tersebut dipasang pada mesin perkakas yang mengukur dua komponen gaya yaitu, a. Gaya potong F v , searah dengan laju potong. b. Gaya makan F f , searah dengan laju makan. 3. Gaya total F yang bereaksi pada bidang geram A γ, face, bidang pada pahat dimana geram mengalir diuraikan menjadi dua komponen untuk menentukan ‘koefisien gesek geram terhadap pahat’ yaitu, a. Gaya gesek F γ pada bidang geram. b. Gaya normal F γn pada bidang geram. Oleh karena berasal dari satu gaya yang sama, gaya-gaya tersebut dapat dilukiskan pada suatu lingkaran dengan diameter yang sama dengan gaya total F, atau biasa disebut sebagai lingkaran Merchant’s seperti diperlihatkan pada Gambar 2.4. Lingkaran yang diciptakan oleh M. Eugene Merchant tersebut digambarkan persis diujung pahat sedemikian rupa sehingga semua komponen menempati lokasi seperti yang dimaksud. Universitas Sumatera Utara 13 Gambar 2.4. Lingkaran Merchant’s Sumber : Rochim, 1993 Gambar 2.4. merupakan gambaran sistem gaya pada pemotongan orthogonal dan dalam prakteknya dapat dilakukan dengan pendekatan menggunakan pahat dengan sudut κ r = 90 o dan Sudut λs = 0 o sudut miring, inclination angle dengan kecepatan potong yang jauh lebih tinggi daripada kecepatan makan. Berdasarkan analisis geometrik dari lingkaran gaya Merchant dapat diturunkan rumus dasar gaya potong F v . Dari, F v = F cos γ η − , dan F s = F cos Φ + η - γ …………….2.11 Maka, F v = cos cos γ η γ η − + Φ − s F ……….......2.12 Universitas Sumatera Utara 14 Gaya geser Fs dapat digantikan dengan penampang bidang geser dan tegangan geser yang terjadi padanya yaitu : Fs = A shi . τ shi ; N ..…………....2.13 Dimana : A shi = Penampang bidang geser, = A sin Φ ;mm2 A = penampang geram sebelum terpotong = b. h ; mm 2 τ shi = tegangan geser pada bidang geser, ; Nmm 2 Dengan demikian rumus gaya potong adalah : F v = τ shi .b.h cos sin cos γ η γ η − + Φ Φ − ; N .……2.14 Dari persamaan 2.14 dapat disimpulkan beberapa variabel yang mempengaruhi gaya pemotongan sebagai berikut : 1. Tegangan geser menentukan besarnya gaya potong maka kekuatan benda kerja merupakan faktor penentu dalam proses pemesinan. Dalam praktek telah diketahui bahwa untuk kondisi pemotongan yang sama maka gaya potong bagi benda kerja Aluminium lebih rendah daripada gaya potong bagi benda kerja baja. 2. Semakin besar penampang geram, gaya potong akan semakin besar. 3. Sudut geram, sudut geser dan sudut gesek ditentukan oleh koefisien gesek µ menentukan besarnya gaya potong. Universitas Sumatera Utara 15 Untuk menentukan besar gaya gesek dan gaya normal pada bidang geram F γ dan Fγn dapat diturunkan dari gaya potong dan gaya makan F v dan F f , yaitu : F γ = F f cos γ + F v sin γ , dan F γn = F v cos γ – F f sin γ …….....2.15 dimana ; F f = gaya makan ; N 0.5 s.d 0.75 F v tergantung pada kondisi pemotongan γ 0 = sudut geram Sehingga dari hasil tersebut, dapat diperoleh harga koefisien gesek : tan tan tan γ γ γ η µ γ f v v f F F F F n F F − + = = = ……………2.16 dimana : η = sudut gesek Berdasarkan persamaan 2.6 tersebut diatas, dinyatakan bahwa koefisien gesek dipengaruhi oleh sudut geram. Tetapi rumus tersebut tidak menyatakan bahwa dengan mengubah sudut geram gaya potong dan gaya makan tidak berubah. Dalam kenyataan, gaya potong dan gaya makan berubah dengan berubahnya sudut geram dan hal ini disebabkan oleh perubahan sudut geser Ф.

2.2.2 Sudut Geser dan Rasio Pemampatan Tebal Geram

Dari persamaan 2.4, dikarenakan gaya potong F v merupakan fungsi dari sudut geser Ф maka sudut geser maksimum dapat dicari dengan cara deferensiasi dan hasilnya disamakan dengan nol, = Φ ∂ ∂ v F .……………………2.17 cos Ф cos Ф + η – γ - sin Ф sin Ф + η – γ =0 cos 2Ф + η - γ = 0 Universitas Sumatera Utara 16 yang berarti: 2 Ф + η - γ = 90 º ……………………2.18 maka ; Ф = 45º + 2 2 η γ − ……….……………2.19 Berdasarkan logika, dari persamaan 2.19 diatas dapat ditarik kesimpulan bahwa: 1. Sudut geser Ф ditentukan oleh sudut geram γ 0. Semakin besar sudut geram maka sudut geser akan membesar dan menyebabkan penurunan bidang luas bidang geser lihat Gambar 2.3 sehingga menurunkan gaya potong. 2. Koefisien gesek tidak mungkin sama dengan nol. Dengan demikian, berdasarkan analisis geometrik gaya lingkaran Merchant maka sudut geser tidak mungkin melebihi suatu harga yaitu, Ф 45º + 2 γ Tebal geram sebelum terpotong h hanya mungkin sama besar dengan tebal geram h c bila, Ф = 45º + 2 γ Oleh sebab itu, berdasarkan hal diatas dan kenyataan dalam praktek maka, h c h sehingga seolah-olah geram dimampatkan, yang biasa disebut dengan Rasio Pemampatan Tebal Geram yang merupakan perbandingan antara tebal geram dengan tebal geram sebelum terpotong. Atau dapat dinyatakan dengan rumus sebagai berikut : Universitas Sumatera Utara 17 λ h = h h c 1 …………………..2.20 maka, λ h = h h c = Φ − Φ sin cos γ ....………………..2.21 Dari rumus diatas, dapat dicari harga sudut geser Ф berdasarkan pengukuran λ h, yaitu ; tan Ф = sin cos γ λ γ − h ………..………...2.22 Secara grafis Gambar 2.5 di bawah menunjukkan hubungan antara sudut geser Ф sebagai fungsi rasio pemampatan tebal geram λ h untuk sudut geram γ = 20º, 0º, dan -20º. Dari gambar berikut terlihat bahwa untuk λ h yang besar perbedaan γ tidak mempunyai arti terhadap sudut geser Ф. Gambar 2.5 Sudut geser Ф sebagai fungsi dari rasio pemampatan tebal geram λ h Sumber : Rochim, 1993 Jika sudut geram telah ditetapkan, maka sudut geser dapat dihitung dengan mengukur rasio pemampatan tebal geram. Akan tetapi tebal geram tak dapat diukur secara langsung tanpa mengakibatkan kesalahan pengukuran sebab, Universitas Sumatera Utara 18 a. Permukaan geram relatif kasar, dan b. Geram tidak lurus karena dalam kenyataan bidang geser tidak lurus melainkan melengkung yang diakibatkan oleh distribusi tegangan geser yang tidak merata Dikarenakan adanya pemampatan tebal geram, maka kecepatan aliran geram selalu lebih rendah daripada kecepatan potong. Gambar 2.6 menunjukkan kecepatan aliran geram v c dan kecepatan potong v. Gambar 2.6 Arah kecepatan geser v s , kecepatan aliran geram v c dan kecepatan potong v Sumber : Rochim, 1993 Dari Gambar 2.6 diatas, arah kecepatan geser v s ditentukan oleh kecepatan aliran geram v c dan kecepatan potong v. Berdasarkan aturankaidah tangan kanan, dari Gambar 2.5 arah pergerakan mata pahat v f searah pada sumbu x, dan kecepatan potong v yang terbentuk terletak pada sumbu z. Kecepatan geser v s akan lebih tinggi daripada kecepatan potong v untuk sudut geram γ negatif Rochim, 1993. Sehingga berdasarkan polygon kecepatan tersebut maka dapat dirumuskan sebagai berikut : v c = cos sin cos sin γ γ − Φ Φ = Φ − Φ v v ………..2.23 Universitas Sumatera Utara 19 dimana : v c = kecepatan aliran geram v = kecepatan potong λ h = Φ − Φ sin cos γ ; persamaan 2.21 maka, v c = h v λ …………………...2.24 Karena λ h 1 maka kecepatan geram selalu lebih rendah daripada kecepatan potong. Selanjutnya kecepatan geser dapat diketahui dari poligon yaitu ; v s = Φ sin cos γ c v , ……………………2.25 v s = cos cos γ γ − Φ v …………………….2.26 Universitas Sumatera Utara 20

2.3 Pemotongan Orthogonal