TI-2121: Proses Manufaktur

(1)

TI-2121: Proses Manufaktur

Teori Pemesinan Logam

Laboratorium

LaboratoriumSistemSistemProduksiProduksi www.lspitb.org

www.lspitb.org ©

Departemen Teknik Industri FTI-ITB

1. Hasil Pembelajaran

• Umum:

Memberikan mahasiswa pengetahuan yang

komprehensif tentang dasar-dasar proses pemesinan dan mesin perkakas, proses forming dan molding, metrology dan aplikasi terhadap kualitas produk dan analisis system manufaktur.

• Khusus:

Memberikan pemahaman terhadap proses pemesinan serta gaya-gaya yang terjadi saat pemotongan.

(2)

TI2121 - Proses Manufaktur - 9 3

Istilah

• Machining = pemesinan

• Shear deformation = deformasi potong

• Chip = gram

• Cutting tool = pahat

• Material removal = pembentukan/pembuangan

material

Klasifikasi Proses Material Removal (1)

• Biasanya dilakukan setelah proses manufaktur lainnya seperti: casting, forging, drawing dll.

(3)

Pemesinan

• Proses manufaktur yang menggunakan pahat

untuk memotong material sesuai dengan bentuk

yang diinginkan

Pemesinan: keunggulan

• Keragaman material kerja

Hampir semua logam dapat dipotong

Plastik dan plastik komposit juga dapat dipotong Ceramic sulit untuk dipotong (keras & getas)

• Keragaman geometri potong

Fitur standar: lubang, slot, step dll Fitur non-standar: tap hole, T slot

• Keakuratan dimensi

Toleransi hingga ± 0.025mm

• Permukaan potong yang baik

(4)

Pemesinan: kerugian

• Material terbuang

Gram yang dihasilkan oleh pemotongan→ waste

• Waktu pemotongan

Waktu pemotongan relatif lebih lama dibandingkan dengan proses lainnya seperti casting atau forging

Proses Pemesinan Umum

(a) turning (b) drilling

(c) peripheral milling (d) face milling

(5)

Pahat

• Rake: mengarahkan aliran gram

• Flank: celah antara pahat dan permukaan setelah

pemoongan; melindungi permukaan hasil

pemotongan dari abrasi

(a) single point tool (b) Multiple cutting tool edges

Parameter Pemotongan

• MRR = material removal rate mm

3

_/s

(6)

Jenis Pemotongan

• Roughing

Pemotongan awal hingga volume sedikit lebih besar dari volume akhir produk

 Feed berkisar 0.4 ∼ 1.25mm/rev  Depth berkisar 2.5 ∼ 20mm

• Finishing

Pemotongan akhir untuk memperoleh dimensi, toleransi dan kerataan permukaan yang diinginkan

 Feed berkisar 0.125 ∼ 0.4mm/rev  Depth berkisar 0.75 ∼ 2.0mm

Mesin Perkakas

Tool penetration beneath original work surface Work feeds in direction perpendicular to tool axis Tool rotates. Speed = surface speed of tool Milling machine Milling Depth of cut = depth of hole Tool feeds in direction parallel to tool axis Tool rotates. Drill

bit diameter determines hole diameter Drill press Drilling Tool penetration beneath original work surface Tool is fed parallel to work axis Workpiece rotates. Speed = surface speed of workpiece Lathe Turning Depth of Cut Feed Speed Machine tool Operation

(7)

Teori Pembentukan Gram (1)

•

Chip thickness rasio

α

φ

α

φ

sin

1 cos

tan

)

cos(

sin

r

l

t

s s c o

−

=

−

=

Teori Pembentukan Gram (2)

•

Shear strain

φ

α

φ

γ

=

+

BD

DC

AD

BD

AB

(8)

Pembentukan Gram Aktual (1)

• Deformasi potong tidak terjadi pada bidang tetapi

pada zona tertentu

• Terbentuknya secondary shear akibat friksa gram

dengan permukaan pahat (rake)

• Formasi gram bergantung pada material dan

parameter pemotongan

Pembentukan Gram Aktual (2)

(a) Discontinuous chip

• Material getas dengan kecepatan potong rendah

• Feed tinggi dan depth besar sehingga friksi pahat & material tinggi

(b) Continuous chip

Material ductile denga kecepatan potong tinggi

Feed dan depth rendah

Permukaan potong halus/baik

Khusus untuk turning, continuous chip dapat mengakibatkan kekusutan

(9)

Pembentukan Gram Aktual (3)

(c) Continuous chip with Built-Up Edge (BUE)

Material ductile dengan kecepatan potong rendah

Siklus BUE: form, growth, break-off Umum pahat berkurang

(d) Serrated chips

Sering disebut: shear-localized and segmented

Terbentuk karena siklus antara: shear

strain tinggi dan shear strain rendah

Terjadi pada material yang sulit dipotong: titanium alloy, nickel-base superalloy dll atau pada pemotongan dengan kecepatan yang sangat tinggi (high speed machining)

Gaya Pemotongan Logam (1)

•

F = friction force

•

N = normla force to friction

•

µ = coefficient of friction

•

S = shear stress

•

Fs = shear force β µ tan S N F

A

F

s s = = =

(10)

Gaya Pemotongan Logam (2)

•

F = friction force

•

N = normla force to friction

•

Fs = shear force

•

Fn = normal force to shear

•

Fc = cutting force

•

Ft = thrust force

φ

α

cos

sin

cos

sin

cos

sin

F

t c n t c s t c t c

N

F

+

=

+

=

+

=

+

=

) cos( ) sin( ) cos( sin ) sin( ) cos( ) cos( ) cos( sin ) cos( α β φ α β α β φ φ α β α β φ α β α β φ φ α β − + − = − + − = − + − = − + − =

F

t

F

t

F

s o t s o c w S w S

Persamaan Merchant (1)

•

Shear stress

φ = shear angle that minimizes energy

•

Persamaan merchant

Mendeskipsikan hubungan rake angle, tool-chip friction dan shear plane angle

 Membesarnya rake angle mengakibatkan shear plane angle membesar

 Mengecilnya friction angle mengakibatkan shear plane angle membesar

2

45 )

sin

/

(

sin

cos

β

α

φ

τ

−

+

=

−

=

w

t

F

o t c

(11)

Persamaan Merchant (2)

•

Pembesaran shear plane angle → shear plane area mengecil → shear force mengecil → energy pemotongan mengecil → temperatur pemotongan kecil → pemotongan lebih mudah

•

Cara pembesaran shear plane angle

 Memperbesar rake angle

 Mengecilkan friction angle (dengan menggunakan lubrikasi)

Tenaga dan Energi Pemotongan (1)

•

Cutting power (Pc)

•

Cutting horse power (HPc)

•

Gross power of the machine tool motor

E = mechanical efficiency

E

HP

P

c g c s

=

atau

=

v

F

P

c

=

c

33000

v

F

HP

c c

=

(12)

Tenaga dan Energi Pemotongan (2)

•

Unit power (Pu)

•

Specific energy (HPu)

MRR

HP

P

c u c u

=

atau

=

w

v

MRR

U

t

F

t

F

P

o c o c c u

=

(13)

Temperatur Pemotongan (1)

•

T = rata-rata kenaikan temperatur

•

U = energy pemotongan

•

V = kecepatan potong

•

to = ketebalan gram sebelum pemotongan

•

ρC = volume panas material

•

K = thermal diffusivity

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

=

K

t

v

_o

C

U

T

333 . 0

4 .

0 ρ

Temperatur Pemotongan (2)

•

Experimentally measured cutting temperatures plotted against speed for three work materials