9. OPERASI PEMESINAN DAN PERKAKAS MESIN
PEMBUBUTAN
Pembubutan adalah proses pemesinan yang menggunakan perkakas mata tunggal memotong bagian dari bendakerja bentuk silinder yang berputar. Perkakas dihantarkan secara linear, sejajar dengan sumbu rotasi, seperti dapat dilihat dalam gambar 9.1.
Gambar 9.1 Operasi pembubutan
Pembubutan secara tradisional dikerjakan dengan mesin perkakas yang disebut bubut, dilengkapi dengan daya putar dengan kecepatan yang sesuai dan perkakas dihantarkan dengan kecepatan dan kedalaman potong tertentu.
Kondisi Pemotongan dalam Pembubutan
Hubungan kecepatan rotasi dalam pembubutan dengan kecepatan potong pada permukaan bendakerja bentuk silinder dapat ditunjukkan dengan persamaan :
dimana : N = kecepatan rotasi, rev/min ;
v = kecepatan potong, ft/min (m/min);
Do = diameter awal bendakerja, ft (m).
Operasi pembubutan akan mengurangi diameter bendakerja dari Do menjadi diameter akhir, Df, (dalam ft atau m). Bila kedalaman potong adalah d (dalam ft atau m), maka :
Do – Df = 2d
Hantaran, f, pada proses pembubutan biasanya dinyatakan dalam in./rev (mm/rev). Hantaran ini dapat dikonversikan kedalam kecepatan hantaran linear (linear travel rate), fr, dalam in./min (mm/min) dengan rumus :
= Nf atau
Waktu pemesinan, Tm (menit), yang dibutuhkan dari satu ujung bendakerja bentuk silinder ke ujung yang lain dengan panjang potong L (in. atau mm) dapat dinyatakan dengan persamaan :
atau
Kecepatan pelepasan material (material removal rate), MRR (in.3/min atau mm3/min),
MRR = v f d
Contoh soal :
Suatu bendakerja berbentuk silinder memiliki diameter awal (Do) = 150 mm, panjang (L) = 1000 mm; dibubut dengan kecepatan potong (v) = 2,5 m/detik, hantaran (f) = 0,25 mm/putaran, dan kedalaman potong (d) = 1,5 mm.
Tentukan : a) Waktu potong pemesinan ( ),
b) Kecepatan pelepasan material (MRR).
Jawab : lihat gambar 6.1
v = 2,5 m/detik = (2,5)(1000)(60) mm/menit = 150.000 mm/menit
a)
b) MRR = v f d = (150.000) (0,25) (1,5) = 56.250 mm3/menit.
Operasi Mesin Bubut
Berbagai jenis operasi mesin bubut (selain operasi pembubutan biasa) ditunjukkan dalam gambar 9.2 :
(a) Pembubutan muka (facing); perkakas dihantarkan secara radial ke bendakerja yang berputar untuk mendapatkan permukaan yang datar.
(b) Pembubutan tirus (taper turning); perkakas dihantarkan dengan membentuk sudut tertentu terhadap sumbu putar sehingga diperoleh bentuk konis.
(c) Pembubutan kontour (contour turning); perkakas dihantarkan dengan mengikuti garis bentuk tertentu sehingga diperoleh benda dengan kontour yang sesuai dengan garis bentuk tersebut.
(d) Pembubutan bentuk (form turning); menggunakan perkakas yang memiliki bentuk tertentu dan dihantarkan dengan cara menekankan perkakas tersebut secara radial ke bendakerja.
Gambar 9.2 Operasi pemesinan yang lain dengan menggunakan mesin bubut
(e) Pembubutan tepi (chamfering); tepi perkakas potong digunakan untuk memotong tepi ujung silinder dengan sudut potong tetentu.
(f) Pemotongan (cutoff); perkakas dihantarkan secara radial ke bendakerja yang berputar pada suatu lokasi tertentu sehingga memotong bendakerja tersebut.
(g) Penguliran (threading); perkakas yang runcing dihantarkan secara linear memotong permukaan luar bendakerja yang berputar dalam arah yang sejajar dengan sumbu putar dengan kecepatan hantaran tertentu sehingga terbentuk ulir pada silinder.
(h) Pengeboran (boring); perkakas mata tunggal dihantarkan secara linear, sejajar dengan sumbu putar, pada diameter dalam suatu lubang bendakerja yang telah dibuat sebelumnya.
(i) Penggurdian (drilling); penggurdian dapat dilakukan dengan mesin bubut, dengan menghantarkan gurdi ke bendakerja yang berputar sepanjang sumbu putarnya. Perluasan lubang (reaming) dapat juga dilakukan dengan cara yang sama.
(j) Knurling, merupakan operasi pembentukan logam untuk menghasilkan pola lubang palka menyilang pada permukaan luar bendakerja.
Pembubutan biasa, pembubutan muka, pembubutan tirus, pembubutan kontour, pembubutan tepi, dan pengeboran menggunakan perkakas mata tunggal. Operasi penguliran juga menggunakan perkakas mata tunggal tetapi dengan geometri yang berbeda. Pembubutan bentuk menggunakan perkakas khusus yang disebut perkakas bentuk (form tool) yang didesain secara khusus. Pemotongan pada dasarnya juga menggunakan perkakas bentuk, sedang penggurdian dikerjakan dengan gurdi.
Knurling dibentuk dengan perkakas knurling berupa rol pembentuk yang keras. Permukaan bendakerja yang berputar ditekan dengan rol pembentuk sehingga terbentuk pola knurling.
Bubut Mesin
Bubut sederhana yang digunakan untuk pembubutan adalah bubut mesin (engine lathe), yang merupakan perkakas mesin serbaguna, dioperasikan secara manual, dan banyak dipakai dalam kecepatan produksi rendah sampai sedang.
Teknologi bubut mesin
Komponen utama dari bubut mesin diperlihatkan dalam gambar 9.3 berikut ini.
Gambar 9.3 Komponen utama bubut mesin
(1) Kepala tetap (headstock), terdiri atas unit penggerak, digunakan untuk memutar spindel yang memutar bendakerja.
(2) Ekor tetap (tailstock), terletak bersebrangan dengan kepala tetap, yang digunakan untuk menopang bendakerja pada ujung yang lain.
(3) Pemegang pahat (tool post), ditempatkan di atas peluncur lintang (cross slide) yang dirakit dengan pembawa (carriage).
(4) Peluncur lintang, berfungsi untuk menghantarkan pahat dalam arah yang tegak lurus dengan gerakan pembawa.
(5) Pembawa, dapat meluncur sepanjang batang hantaran (ways) untuk menghan-tarkan perkakas dalam arah yang sejajar dengan sumbu putar.
(6) Batang hantaran, merupakan rel tempat meluncurnya pembawa, dibuat dengan akurasi kesejajaran yang relatif tinggi dengan sumbu spindel.
(7) Ulir pengarah (leadscrew), berfungsi untuk menggerakkan pembawa. Ulir berputar dengan kecepatan tertentu sehingga dihasilkan hantaran dengan kecepatan sesuai dengan yang diinginkan.
(8) Bangku (bed), berfungsi untuk menyangga komponen-komponen yang lainnya.
Bubut mesin konvensional dan kebanyakan mesin-mesin lainnya yang dijelaskan pada bagian ini adalah mesin bubut horisontal yang memiliki sumbu spindel horisontal, dimana panjang bendakerja lebih besar dari pada diameternya. Untuk pekerjaan dengan diameter bendakerja lebih besar daripada panjangnya, lebih sesuai digunakan mesin dengan sumbu putar vertikal.
Ukuran dari mesin bubut, ditentukan dengan :
(1) Diameter bendakerja maksimum yang dapat diputar oleh spindel, yaitu sama dengan dua kali jarak antara titik pusat spindel dengan mesin.
(2) Jarak maksimum antara titik pusat, yang menentukan panjang bendakerja yang dapat dipasang antara pusat kepala tetap dengan pusat ekor tetap.
Sebagai contoh, bubut 14 x 48 menunjukkan bahwa diameter maksimum adalah 14 in dan jarak maksimum antara titik pusat adalah 48 in.
Metode pemegangan bendakerja
Terdapat empat metode pemegangan bendakerja dalam pembubutan. Metode pemegangan ini ditunjukkan dalam gambar 9.4, yaitu :
(a) Pemegangan bendakerja diantara pusat, satu di kepala tetap dan yang lain di ekor tetap; digunakan untuk pemegangan bendakerja yang memiliki rasio panjang terhadap diameter besar. Pada pusat kepala tetap, dipasang peralatan yang disebut dog, digunakan untuk memegang bagian luar bendakerja sehingga bendakerja tersebut berputar mengikuti putaran spindel. Pusat ekor tetap dapat berupa pusat hidup atau pusat mati. Pusat hidup berputar dalam bantalan (bearing) yang dipasang pada ekor tetap, sehingga tidak terjadi gesekan karena tidak ada perbedaan putaran antara bendakerja dengan pusat hidup tersebut. Sebaliknya pusat mati dipasang tetap pada ekor tetap, jadi tidak ikut berputar sehingga terjadi gesekan antara bendakerja dengan pusat mati tersebut yang dapat menimbulkan panas.
Pusat mati biasanya digunakan untuk putaran yang rendah, sedang pusat hidup dapat digunakan untuk putaran yang tinggi.
Gambar 9.4 Empat metode pemegangan yang digunakan dalam pembubutan
(b) Pencekam/chuck; dengan tiga atau empat ragum (jaw) untuk memegang bendakerja silinder pada diameter luarnya. Ragum sering didesain sedemikianrupa sehingga dapat juga memegang diameter dalam bendakerja tabular. Pencekam pemusatan sendiri (self-centering chuck) memiliki mekanisme yang dapat menggerakkan ragum masuk atau keluar secara serentak. Pencekam yang lain, ragum dapat digerakkan sendiri-sendiri. Pencekam dapat digunakan dengan atau tanpa ekor tetap, untuk bendakerja dengan rasio panjang terhadap diameter rendah, maka dipasang tanpa ekor tetap, tetapi bila rasio panjang terhadap diameternya besar diperlukan ekor tetap agar dapat menyangga bendakerja dengan kokoh.
(c) Leher/collet, terdiri dari bantalan tabular (tabular bushing) dengan belahan longitudinal sepanjang setengah dari panjang leher. Diameter dalam dari leher digunakan untuk memegang bendakerja bentuk silinder, seperti batang logam. Salah satu ujung dapat dimampatkan karena adanya belahan, jadi diameternya dapat diperkecil sehingga dapat memegang bendakerja dengan erat. Karena pengecilan diameter terbatas, maka peralatan pemegang ini harus dibuat dalam berbagai ukuran yang sesuai dengan diameter bendakerja.
(d) Pelat muka/face plate, adalah peralatan pemegang yang dipasang pada spindel mesin bubut dan digunakan untuk memegang bendakerja yang memiliki bentuk tidak teratur. Karena bentuk tidak teratur, maka bendakerja tidak dapat dipegang dengan metode yang lain. Pelat muka dilengkapi dengan pengapit, baut, atau yang lain dalam peralatan tetap atau alat pemegang yang dipasangkan kepadanya sehingga dapat memegang bendakerja yang memiliki bentuk tidak teratur.
Mesin Bubut yang Lain
Beberapa mesin bubut yang lain telah dikembangkan dengan fungsi yang khusus atau untuk proses pembubutan secara automatik. Diantara mesin tersebut adalah :
(1) Bubut ruang perkakas (toolroom lathe) dan bubut kecepatan (speed lathe), mirip dengan bubut mesin.
Bubut ruang perkakas lebih kecil dan memiliki daerah kecepatan dan hantaran yang lebih besar, dan dilengkapi dengan segala perlengkapan yang diperlukan untuk pekerjaan dengan akurasi yang tinggi, sehingga dapat digunakan dalam pembuatan perkakas kecil, alat ukur, cetakan, dan bagian presisi yang lain.
Bubut kecepatan lebih sederhana dibandingkan dengan bubut mesin, tidak dilengkapi dengan pembawa dan peluncur lintang sehingga tidak diperlukan ulir pengarah untuk menggerakkan pembawa. Perkakas potong dipegang oleh operator dengan menggunakan tumpuan yang dipasang pada mesin bubut untuk menyangga perkakas. Kecepatannya lebih tinggi dibandingkan dengan bubut mesin tetapi jumlah pengaturan kecepatannya terbatas. Pemakaian jenis mesin ini adalah untuk pembubutan kayu, pemutaran tekan logam, dan operasi pemolesan.
(2) Bubut turet (turet lathe), posisi ekor tetap diganti dengan turet yang digunakan untuk memegang paling sedikit enam perkakas potong. Perkakas ini dapat dibawa dengan cepat untuk memotong bendakerja dengan urutan yang sesuai. Disamping itu pemegang pahat konvensional pada bubut mesin digantikan dengan turet empat sisi. Karena mesin ini memiliki kemampuan mengganti perkakasnya dengan cepat, maka bubut turet sering digunakan untuk pengerjaan produksi tinggi yang memerlukan urutan pemotongan dalam pengerjaannya.
(3) Mesin pencekam (chucking machines); seperti namanya mesin ini menggunakan pencekam pada spindelnya untuk memegang bendakerja. Ekor tetap tidak digunakan sehingga bendakerja tidak dapat dipegang diantara pusatnya. Penggunaan mesin ini terbatas pada bendakerja yang pendek dan ringan. Cara pengaturan dan pengoperasiannya hampir sama dengan bubut turet, tetapi pada mesin ini hantaran perkakas potongnya dikendalikan secara automatik, sehingga operator hanya bertugas memasang dan melepas bendakerja yang telah selesai dikerjakan.
(4) Mesin batang automatik (automatic bar machine); mirip dengan mesin pencekam, dimana posisi pencekam digantikan dengan leher (collet) untuk memegang bendakerja yang berbentuk batang panjang. Bendakerja dihantarkan dengan menggerakkan kepala tetap hingga pada posisi potongnya. Pada akhir dari setiap siklus pemesinan, dilakukan operasi pemotongan dan batang yang tersisa didorong ke depan untuk dimesin sebagai bendakerja yang baru. Pergerakan bendakerja ke depan dan pergerakan hantaran perkakas potong semuanya dilakukan secara automatik. Mesin ini biasa digunakan untuk membuat sekrup dan suku cadang kecil yang sejenis; sehingga mesin ini sering disebut juga mesin sekrup automatik (automatic screw machine).
Mesin batang dapat diklasifikasikan :
- mesin batang spindel tunggal, dan
- mesin batang spindel jamak.
Mesin batang spindel tunggal memiliki satu spindel dimana pada saat operasi hanya satu perkakas potong yang dapat digunakan, sedang perkakas lainnya dalam keadaan diam (idle).
Mesin batang spindel jamak memiliki lebih dari satu spindel sehingga pada saat yang bersamaan dapat dioperasikan beberapa perkakas potong, seperti ditunjukkan dalam gambar 9.5. Setiap bendakerja harus dimesin secara berurutan dengan enam buah perkakas potong, dengan enam siklus pemotongan, dan pada akhir siklus potong akan dihasilkan satu produk jadi.
Gambar 9.5 (a) Jenis produk yang dihasilkan dengan menggunakan spindel otomatis; (b) Tahapan operasi untuk menghasilkan produk tersebut
(5) Bubut kendali numerik (Numerically controlled lathes); pergerakan pada mesin sekrup dan mesin pencekam secara tradisional dikendalikan dengan nok (cams) dan peralatan yang lainnya. Tetapi sekarang banyak mesin yang dikendalikan dengan kendali numerik komputer (computer numerical control, CNC). Pengendalian dengan menggunakan CNC dapat menghasilkan siklus pemesinan dan geometri yang lebih kompleks. CNC banyak digunakan untuk mengendalikan mesin bubut terutama dalam opearasi pembubutan kontour dan produk-produk yang memerlukan akurasi yang tinggi. Pada saat ini, mesin pencekam dan mesin batang automatik banyak yang sudah menggunakan CNC.
Mesin Pengebor
Pengeboran hampir sama dengan pembubutan, sama-sama menggunakan perkakas mata tunggal. Pembubutan memesin diameter luar sedang pengeboran memesin diameter dalam suatu silinder. Jadi sebenarnya pengeboran merupakan proses pembubutan sisi dalam suatu bendakerja. Perkakas mesin yang digunakan untuk operasi pengeboran disebut mesin pengeboran (boring machines) atau (boring mills).
Berdasarkan letak sumbu putar spindel dan bendakerja, mesin pengebor dapat dibedakan atas dua jenis, yaitu :
- mesin pengebor horisontal, dan
- mesin pengebor vertikal.
Mesin pengebor horisontal (horizonal boring machine, HBM), ditunjukkan dalam gambar 9.6, dapat digunakan untuk melakukan operasi pengeboran, penggurdian, dan pemfraisan.
Gambar 9.6 Mesin pengebor horizontal jenis meja
Pengoperasian mesin pengebor horisontal ini dapat dilakukan dengan dua cara, seperti ditunjukkan dalam gambar 9.7 berikut ini.
Gambar 9.7 Dua cara pengeboran horisontal
(a) Bendakerja diputar oleh spindel, sedang perkakas dipasang pada batang pendukung pengeboran dan dihantarkan ke bendakerja. Untuk mendapatkan kekakuan yang tinggi batang pendukung dibuat dari bahan karbida semented, yang memiliki modulus elastisitas mencapai 90 x 106 lb/in. 2 (620 x 103 MPa).
(b) Perkakas dipasang pada batang pendukung yang disangga pada kedua ujungnya dan diputar diantara pusatnya. Bendakerja dipasang pada mekanisme penghantar dan dihantarkan kepada perkakas yang melewatinya, dimana untuk pengoperasiannya dapat dilakukan dengan mesin bubut.
Mesin pengebor vertikal (vertical boring machine, VBM), digunakan untuk bendakerja yang besar dan berat dengan diameter yang besar; biasanya diameter bendakerja lebih besar daripada panjangnya, seperti ditunjukkan dalam gambar 9.8.
Bendakerja dipasang pada meja kerja yang dapat diputar relatif terhadap dasarnya. Mesin pengebor tertentu kadang-kadang dapat memposisikan dan menghantarkan beberapa perkakas potong secara serentak. Perkakas dipasang pada kepala perkakas yang dapat menghantarkan perkakas secara horisontal dan vertikal relatif terhadap bendakerja. Satu atau dua kepala dipasang pada rel melintang yang dirakit dengan rumah perkakas mesin di atas bendakerja. Perkakas yang dipasang di atas bendakerja dapat digunakan untuk pembubutan muka atau pengeboran. Disamping itu satu atau dua perkakas tambahan dapat dipasang pada kolom samping untuk melakukan pembubutan pada diameter luar bendakerja.
Kepala perkakas yang digunakan pada pengeboran vertikal kadang-kadang berupa turet sehingga dapat membawa beberapa perkakas potong. Hasilnya, hampir tidak ada lagi perbedaan antara mesin ini dengan bubut turet vertikal (vertical turet lathe, VTL). Beberapa perkakas mesin yang dibangun terdapat sedikit perbedaan yaitu VTL digunakan untuk bendakerja dengan diameter sampai dengan 100 in (2,5 m), sementara VBM digunakan untuk diameter yang lebih besar. Juga, mesin pengebor vertikal sering digunakan untuk satu jenis pekerjaan, sementara bubut turet vertikal digunakan untuk sekumpulan produksi.
Gambar 9.8 Freis pengebor vertikal
Kepala perkakas yang digunakan pada pengeboran vertikal kadang-kadang berupa turet sehingga dapat membawa beberapa perkakas potong. Hasilnya, hampir tidak ada lagi perbedaan antara mesin ini dengan bubut turet vertikal (vertical turet lathe, VTL). Beberapa perkakas mesin yang dibangun terdapat sedikit perbedaan yaitu VTL digunakan untuk bendakerja dengan diameter sampai dengan 100 in (2,5 m), sementara VBM digunakan untuk diameter yang lebih besar. Juga, mesin pengebor vertikal sering digunakan untuk satu jenis pekerjaan, sementara bubut turet vertikal digunakan untuk sekumpulan produksi.
