CUTTING TOOLS (PAHAT POTONG)

1. Keberhasilan proses pemotongan tergantung pemilihan pahat potong (cutting tools)→material & geometri

2. Gbr. Di samping menunjukan

pertumbuhan (improvement) pahat potong → untuk

meningkatkan produktiftas proses

pemilihan material dan geometri pahat potong diikuti oleh pemilihan cutting conditions untuk aplikasi tertentu

Yang mempengaruhi pemilihan material

dan geometri cuting tool (pahat potong)

1. material benda kerja (sifat-sifat

material)

2. dimensi dan bentuk benda kerja

(geometri, akurasi dan persyaratan

lainya)

3. mesin perkakas dan pemegang

benda kerja (rigiditas, daya dan

range kecepatan potong dan

kecepatan makan)

Meningkatkan

produktiftas

pembuangan

Kenaikan

temperatur proses

pemotongan akan

berakibat keausan

(wear) pada pahat

potong meningkat

→ umur pahat

Suhu yang

dihasilkan dari

proses

pemesinan

terdistribusi ke:

1. Pahat potong

(sekitar 20%)

2. Benda kerja

(sekitar5%)

dan

3. Geram

Material pahat potong (cutting tool)

1. Proses pembentukan geram dengan cara pemesinan berlangsung dengan cara

mempertemukan dua material (benda kerja dan pahat potong)

Yang harus diperhatikan untuk material pahat adalah:

1. kekerasan: cukup tinggi > kekerasan benda kerja, juga pada temperatur tinggi pada saat proses pembentukan geram

2. Keuletan: cukup besar untuk menahan beban kejut yang terjadi (proses interupsi dan

kekerasan material benda kerja yang tidak homogen→hard spot)

3. ketahanan beban kejut termal→diperlukan bila terjadi perubahan temperatur yang cukup besar secara berkala / periodik)

4. Sifat adhesi yang rendah: untuk mengurangi

afnitas benda kerja terhadap pahat, mengurangi laju keausan, serta penurunan gaya pemotongan 5. Daya larut elemen/komponen material pahat

yang rendah: dibutuhkan demi untuk

Hot

hardness

:

kekerasan

berbagai

pahat potong

pada

Hot hardness →Kekerasan berbagai

pahat potong pada temperatur kerja

yang tinggi

Material pahat potong (cutting tool), secara

berurutan dari yang paling lunak tetapi ulet

sampai yang paling keras tetapi getas,

yaitu:

1. Baja karbon (high carbon steels; carbon

tool steels; CTS)

2. HSS (high speed steel; Tools steels)

3. Paduan Cor Nonferro (cast nonferrous

alloys; cast carbides)

4. Karbida (cemented carbides; hardmetals)

5. Keramik (ceramics)

6. CBN (cubic boron nitrides), dan

Baja karbon

a) Kadar karbon relatif tinggi (0.7 – 1.4%)

b) Tanpa unsur lain atau dengan persentase : 2%Mn, W, Cr

c) Mempunyai kekerasan 500 -1000 HV

d) Melonakos pada 250 oC → kecepatan potong rendah

hanya untuk pengerjaan benda kerja kayu atau logam lunak

e) Harga murah

HSS (High Speed Steel)

f) Ditemukan tahun 1898, merupakan baja paduan tinggi dengan unsur paduan: Cr dan W

g) Dibuat melalui proses penuangan (molten metalurgy) kemudian diroll / ditempa kemudian dibentuk dengan proses pemesinan menjadi berbagai bentuk pahat

(kondisi lunak → annealrd) kemudian diproses laku panas (heattreat) dihasilkan kekerasan 3x Baja

Karbon dan mempunyai sifat ulet yang baik

Ada 2 katagory HSS yaitu

1. HSS Konvensional (1) Molybdenun HSS , (2) Tungsten HSS

2. HSS spesial: (1) Co added HSS, (2) High

Vanadium HSS, (3) High Hardness Co HSS, (4) Cast HSS, (5) Powdered HSS, dan (6) Coated HSS

Umumnya penambahan paduan-paduan HSS , mempunyai sifat Hot Hardness , Recovery

Hardness dan Wear Resistance yang lebih baik sehingga bisa digunakan untuk material khusus:

1. Cobalt added HSS → material forging dan interupted material

3. hardness Co HSS→ kekerasan mencapai 69-70 HRc→ mampu memotong baja

yang telah dikeraskan, Ti, baja paduan Ni & Co (turbin jet engine dan grndability

yang baik

4. Cast HSS→ HSS dituang untuk

menghasilkan bentuk pahat yang rumit 5. Powdered HSS→diperoleh dari proses

sinter serbuk ferit dan serbuk

karbida→machineability, gridability dan heattreatability yang baik

6. Coated HSS→HSS (molten dan powdered) dilapis dengan Nitrida maupun oksida

dengan proses PVD (physical vapour deposition)→ metal pelapis diuapkan secara induksi dan menempel pada pahat (3-5 µm)→menaikan ketahanan

3. Paduan Cor Nonferro

1. mempunyai sifat diantara HSS dan karbida→ material dibentuk dengan penuangan menjadi bentuk tool bit,

kemudian diasah sesuai geometri yang diinginkan.

2. Mempunyai 4 elemen utama → (1) Co sebagai pelarut;

(2) Cr (10-35% berat) membentuk karbida;

(3) W (10-25% berat) pembentuk karbida dan menaikan

kekerasan;

4. Karbida

1. Jenis karbida yang disemen (cemented

carbides)→ ditemukan tahun 1923 (Krupp-Widia)

2. Dibuat dengan proses sintering serbuk

karbida (Nitrida, Oksida) dengan pengikat Co

3. Tungsten (Wolfram, W), Titanium (Ti) dan Tantalum (Ta) dicarburising menjadi

karbida kemudian digiling (ball-mill)

menjadi serbuk dan disaring kemudian

dicampur dengan pengikat Co dan dicetak dengan bahan pelumas lilin

(wax)→dilakukan presentering (1000℃)

untuk menghilangkan pelumas kemudian disinter (1600℃)→menyusut 80% dari

bentuk semula

5. Keramik

a) Keramik oksida (oxide ceramics)→serbuk halus dan homogen oksida alumina (Al₂O₃), titik lebur 2054 ℃

ditekan pada temperatur dan tekanan yang tinggi (HIP, Hot Isostatic Press)→terjadi self sintering

(tanpa metal perekat) menjadi keramik sisipan yang sangat keras

b) Karbida, nitrida, borida,

a) silika→ dibuat denga sintering menjadi bahan batugerinda

b) CBN (Cubic Boron Nitride)→ juga dibuat dengan proses sintering menjadi bahan batu gerinda 6. Intan/diamond

• Sintered diamond (GE 1955) merupakan hasil

proses sintering serbuk intan tiruan dengan bahan perekat Co (5- 10%)→ hothardness tinggi dan

Geometri pahat potong

Elemen pahat potong terdiri dari:

1. Badan (body): bagian pahat yang dibentuk

menjadi mata potong atau tempat untuk sisipan pahat (dari karbida atau ceramik)

2. Pemegang / gagang (shank): bagian pahat untuk dipasangkan pada mesin perkakas, bila bagian ini tidak ada fungsinya digantikan oleh lubang pahat

3. Lubang pahat (tool bore): lubang pada pahat melalui mana pahat dapat dipasang pada poros utama (spindle) atau poros pemegang dari mesin perkakas (umumnya mesin freis)

4. Sumbu pahat (tool axis): garis maya yang

digunakan untuk mendefnisikan geometri pahat, umumnya garis tengah dari pemegang atau lubang pahat

5. Dasar (base): bidang rata pemegang untuk

meletakan pahat sehingga mempermudah proses pembuatan, pengukuran ataupun pengasahan

dasar badan pemegan g Bidang geram, Aγ Bidang utama, Aα Bidang bantu, A’α

Mata potong, S Mata potong

bantu, S’

Elemen pahat freis

Pemegan g (shank)

Badan

Umur dan keausan pahat potong

1. Proses pemesinan dilakukan oleh pahat potong (cutting tools) untuk membuang geram

2. Pada proses pembuangan geram tersebut

terjadi gaya dan temperatur yang tinggi yang dialami oleh pahat potong

3. Sebagai akibat dari gaya potong dan temperatur tsb pahat potong akan mengalami kerusakan

4. Lamanya terjadi kerusakan pada pahat

potong sampai pahat potong tersebut tidak dapat digunakan lagi disebut sebagai umur pahat potong (tool life)

Penyebab & jenis kerusakan pada

pahat potong

Ada tiga penyabab terjadinya kerusakan pada pahat potong

1. Gaya pemotongan yang berlebihan dan atau adanya gaya dinamis yang menyebabkan

pahat potong patah

2. Suhu yang tinggi karena kesalahan

menentukan kondisi pemotongan (kecepatan potong yang dipilih terlalu tinggi)

3. Kerusakan pahat yang terjadi secara bertahap

Jenis kerusakan pada pahat potong: 4. Flank wear (keausan tepI)

5. Crater wear (keausan kawah)

6. Keausan pada ujung pahat (nose radius wear) 7. Keausan karena adanya takikan (notch wear),

Mekanisme terjadinya keausan pada pahat potong

1. Proses abrasi → fank wear, crater wear

2. Adhesi → built up edge (BUE) → notch wear 3. Difusi→perpindahan atom metal dan carbon

dari daerah konsentrasi tinggi ke

rendah→butir karbida kehilangan pegangan dan terkelupas

Bentuk geram hasil pemesinan

1. Benda yang bersifat getas (besi

tuang)→akan mempunyai bentuk geram

yang sejenis berupa serbuk atau

serpihan

2. Benda kerja yang bersifat ulet akan

mempunyai bentuk geram yang

bervariasi tergantung pada kondisi

pemesinan yang dipilih (kedalaman

potong, gerak makan dan kecepatan

potong

3. Bentuk geram yang panjang

berkesinambungan tidak dikehendaki

karena mempersulit pembuangan

Built up edge (BUE)

: adalah penumpukan

metal (geram) pada pahat potong dalam

proses pemesinan (baja), karena adanya

daya adhesi atau afnitas antar material

benda kerja dan material pahat (terjadi pada

kecepatan potong yang rendah)

BUE

mengubah geometri pahat potong

(sudut geram γo), karena berfungsi sebagai

sudut potong yang baru

Umur pahat potong: Adalah lamanya pahat

potong dapat digunakan untuk proses pemesinan

Kriteria umur pahat potong

1. Kerusakan total pada mata potong

2. Pemeriksaan visual fank wear atau crater wear oleh operator

3. Pemeriksaan oleh operator dengan jari bahwa telah terjadi keausan

4. Jika terjadi perubahan bentuk pada geram 5. Jika surface fnish berubah

6. Jumlah produk yang dihasilkan

7. Waktu pemotongan yang didefnisikan sudah dicapai

Rumus Taylor untuk penetuan umur pahat potong

v.Tn = C

Cutting fuid

Cutting fuid diperlukan untuk menaikan

umur pahat→mampu menaikan kira-kira

sampai 60%

Cutting fuid

1. Menurunkan temperature yang

terjadi pada proses pemotongan

2. Mengurangi terjadinya gesekan

Jenis-jenis cairan pendingin

1. Cairan sintetik (chemical fuids)→jernih atau diwarnai, tidak bersifat melumasi biasanya dipakai untuk sifat penyerapan panas yang tinggi dan melindungi terhadap korosi

2. Cairan emulsi ( emulsions, water soluble oils) → air yang mengandung partikel minyak (5-20

μm) bersifat sebagai pendingin dan melumasi 3. Cairan semi sintetik (semi sintrtik fuids) →

merupakan paduan (1) dan (2) dengan sifat: mempunyai daya pendingin yang relatif besar, mempunyai daya pembersih, tidak mudah

terdegradasi yang menimbulkan asam (korosi pada tanki mesin)

4. Minyak (cutting oils) → berasal dari minyak bumi, hewan, minyak nabati dan